C++ 随机器 - 第一个随机数始终是 7 的因数

Question

我有一个简单的 C++ 程序，用来与我的学生演示随机选择数组元素。

像往常一样，我使用srand (time (0)); 播种，然后使用rand() 生成数字。

数组有七个条目，选择的条目是第一个 - 下标 0。

我现在已经在 40 分钟内运行了该程序的 15 次版本，第一个随机生成的数字是 7 的倍数，例如：

1258771276 1258586399 1229409447 1257140997 1256216612 1260855344 1262973026 1266351233

我将程序更改为在播种后选择五个随机数，并且（在生成 7 的初始倍数后），后续数字表现得更好。

我了解“随机”意味着我无法预测数字会有所不同，就像我无法预测它们相同。

我也明白这些是伪随机数。

我也明白 rand() 预计不会是顶级加密随机化。

不过，这种行为太奇怪了，我完全惊呆了。我是否陷入了 C++ 运行时的奇怪裂缝？这是在完全修补到 Mojave 10.14.1 的 MacOS 上使用 Xcode。

Answer 1

这里是随机生成器的源代码：

static int
do_rand(unsigned long *ctx)
{
/*
 * Compute x = (7^5 * x) mod (2^31 - 1)
 * without overflowing 31 bits:
 *      (2^31 - 1) = 127773 * (7^5) + 2836
 * From "Random number generators: good ones are hard to find",
 * Park and Miller, Communications of the ACM, vol. 31, no. 10,
 * October 1988, p. 1195.
 */
    long hi, lo, x;

    /* Can't be initialized with 0, so use another value. */
    if (*ctx == 0)
        *ctx = 123459876;
    hi = *ctx / 127773;
    lo = *ctx % 127773;
    x = 16807 * lo - 2836 * hi;
    if (x < 0)
        x += 0x7fffffff;
    return ((*ctx = x) % ((unsigned long)0x7fffffff + 1));
}

考虑到当前最先进的生成器，这不是一个高质量的生成器。不过，也没有那么糟糕。

但是，它的种子机制是最糟糕的：它只是将ctx 设置为种子。因此，如果您将种子设置为相似的值（就像您的示例一样，随时间播种，这意味着它将具有相似的值），它生成的下一个数字将与种子具有非常强的相关性。

该问题的一个解决方案是在播种后生成“一些”数字。然而，它并不能完美地解决问题（通常，种子与生成的数字有很强的相关性，即使在非常很长的距离上也是如此）。

或者，更好的解决方案是忘记rand()，并使用更现代（也更难使用）的随机， 这是#include <random>。 查看 cppreference 的 documentation 了解它。