C++随机数生成方法

一、C++中不能使用random()函数

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C++中常用rand()函数生成随机数，但严格意义上来讲生成的只是伪随机数（pseudo-random integral number）。生成随机数时需要我们指定一个种子，如果在程序内循环，那么下一次生成随机数时调用上一次的结果作为种子。但如果分两次执行程序，那么由于种子相同，生成的“随机数”也是相同的。

在工程应用时，我们一般将系统当前时间(Unix时间)作为种子，这样生成的随机数更接近于实际意义上的随机数。给一下例程如下：

 1 #include <iostream>
 2 #include <ctime>
 3 #include <cstdlib>
 4 using namespace std;
 5 
 6 int main()
 7 {
 8     double random(double,double);
 9     srand(unsigned(time(0)));
10     for(int icnt = 0; icnt != 10; ++icnt)
11         cout << "No." << icnt+1 << ": " << int(random(0,10))<< endl;
12     return 0;
13 }
14 
15 double random(double start, double end)
16 {
17     return start+(end-start)*rand()/(RAND_MAX + 1.0);
18 }

/* 运行结果
* No.1: 3
* No.2: 9
* No.3: 0
* No.4: 9
* No.5: 5
* No.6: 6
* No.7: 9
* No.8: 2
* No.9: 9
* No.10: 6
*/

利用这种方法能不能得到完全意义上的随机数呢？似乎9有点多哦？却没有1,4,7？！我们来做一个概率实验，生成1000万个随机数，看0-9这10个数出现的频率是不是大致相同的。程序如下：

 1 #include <iostream>
 2 #include <ctime>
 3 #include <cstdlib>
 4 #include <iomanip>
 5 using namespace std;
 6 
 7 int main()
 8 {
 9     double random(double,double);
10     int a[10] = {0};
11     const int Gen_max = 10000000;
12     srand(unsigned(time(0)));
13     
14     for(int icnt = 0; icnt != Gen_max; ++icnt)
15         switch(int(random(0,10)))
16         {
17         case 0: a[0]++; break;
18         case 1: a[1]++; break;
19         case 2: a[2]++; break;
20         case 3: a[3]++; break;
21         case 4: a[4]++; break;
22         case 5: a[5]++; break;
23         case 6: a[6]++; break;
24         case 7: a[7]++; break;
25         case 8: a[8]++; break;
26         case 9: a[9]++; break;
27         default: cerr << "Error!" << endl; exit(-1);
28         }
29     
30     for(int icnt = 0; icnt != 10; ++icnt)
31         cout << icnt << ": " << setw(6) << setiosflags(ios::fixed) << setprecision(2) << double(a[icnt])/Gen_max*100 << "%" << endl;
32     
33     return 0;
34 }
35 
36 double random(double start, double end)
37 {
38     return start+(end-start)*rand()/(RAND_MAX + 1.0);
39 }

/* 运行结果
* 0: 10.01%
* 1:   9.99%
* 2:   9.99%
* 3:   9.99%
* 4:   9.98%
* 5: 10.01%
* 6: 10.02%
* 7: 10.01%
* 8: 10.01%
* 9:   9.99%
*/

可知用这种方法得到的随机数是满足统计规律的。

另：在Linux下利用GCC编译程序，即使我执行了1000000次运算，是否将random函数定义了inline函数似乎对程序没有任何影响，有理由相信，GCC已经为我们做了优化。但是冥冥之中我又记得要做inline优化得加O3才行...

不行，于是我们把循环次数改为10亿次，用time命令查看执行时间：

chinsung@gentoo ~/workspace/test/Debug $ time ./test
0: 10.00%
1: 10.00%
2: 10.00%
3: 10.00%
4: 10.00%
5: 10.00%
6: 10.00%
7: 10.00%
8: 10.00%
9: 10.00%

real    2m7.768s
user    2m4.405s
sys     0m0.038s
chinsung@gentoo ~/workspace/test/Debug $ time ./test
0: 10.00%
1: 10.00%
2: 10.00%
3: 10.00%
4: 10.00%
5: 10.00%
6: 10.00%
7: 10.00%
8: 10.00%
9: 10.00%

real    2m7.269s
user    2m4.077s
sys     0m0.025s

前一次为进行inline优化的情形，后一次为没有作inline优化的情形，两次结果相差不大，甚至各项指标后者还要好一些，不知是何缘由...

random函数不是ANSI C标准，不能在gcc,vc等编译器下编译通过。可改用C++下的rand函数来实现。

1、C++标准函数库提供一随机数生成器rand，返回0－RAND_MAX之间均匀分布的伪随机整数。 RAND_MAX必须至少为32767。rand()函数不接受参数，默认以1为种子（即起始值）。随机数生成器总是以相同的种子开始，所以形成的伪随机数列也相同，失去了随机意义。（但这样便于程序调试）
2、C++中另一函数srand（），可以指定不同的数（无符号整数变元）为种子。但是如果种子相同，伪随机数列也相同。一个办法是让用户输入种子，但是仍然不理想。
3、比较理想的是用变化的数，比如时间来作为随机数生成器的种子。 time的值每时每刻都不同。所以种子不同，所以，产生的随机数也不同。

 1 // C++随机函数（VC program） 
 2 #include <stdio.h> 
 3 #include <iostream> 
 4 #include <time.h> 
 5 using namespace std; 
 6 #define MAX 100 
 7 int main(int argc, char* argv[]) 
 8 {        srand( (unsigned)time( NULL ) );//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子.应该放在for等循环语句前面 不然要很长时间等待 
 9 　　 for (int i=0;i<10;i++) 
10 　　 cout<<rand()%MAX<<endl;//MAX为最大值，其随机域为0~MAX-1
11 　　 return 0; 
12 }

二、rand()的用法
rand()不需要参数，它会返回一个从0到最大随机数的任意整数，最大随机数的大小通常是固定的一个大整数。这样，如果你要产生0~10的10个整数，可以表达为：

int N = rand() % 11;

这样，N的值就是一个0~10的随机数，如果要产生1~10，则是这样：

int N = 1 + rand() % 10;

总结来说，可以表示为：

a + rand() % n

其中的a是起始值，n是整数的范围。　　a + rand() % (b-a+1) 就表示　ａ～ｂ之间的一个随机数若要0~1的小数，则可以先取得0~10的整数，然后均除以10即可得到随机到十分位的10个随机小数，若要得到随机到百分位的随机小数，则需要先得到0~100的10个整数，然后均除以100，其它情况依此类推。

通常rand()产生的随机数在每次运行的时候都是与上一次相同的，这是有意这样设计的，是为了便于程序的调试。若要产生每次不同的随机数，可以使用srand( seed )函数进行随机化，随着seed的不同，就能够产生不同的随机数。

如大家所说，还可以包含time.h头文件，然后使用srand(time(0))来使用当前时间使随机数发生器随机化，这样就可以保证每两次运行时可以得到不同的随机数序列(只要两次运行的间隔超过1秒)。