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  • C语言中随机数的生成

    刚好在找这方面的资料,看到了一片不错的,就全文转过来了,省的我以后再找找不到。

    在C语言中,可以通过rand函数得到一个“伪随机数”。这个数是一个整数,其值大于等于0且小于等于RAND_MAX。rand函数和常量RAND_MAX都定义在库stdlib.h之中,这意味着必须在头文件中包含库stdlib.h才能使用rand函数和常量RAND_MAX。 

    rand函数声明为: 
    int rand(void) 

    //代码示例 start 
    #include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> 

    int main() 

        printf("%d %d ", rand(), rand()); 

    //代码示例 end 

    编译运行以上代码,将在屏幕显示两个随机数。但多次运行这个程序,你会发现每次程序启动后生成的两个随机数都是一样的!可见,rand()生成的值并不随机。 
    标准库(stdlib)中随机数的一个可能的实现如下: 
    //代码示例 start 
    #define RAND_MAX 0x7fff 
    unsigned long int next = 1; 

    int rand(void) 

        next = next * 1103515245 + 12345; 
        return (unsigned int)(next/65536) % RAND_MAX; 


    /*srand函数:为rand函数设置种子数*/ 
    void srand(unsigned int seed) 

        next = seed; 

    //代码示例 end 

    由上可知,只要我们每次在程序运行开始时用srand设置好不同的nex值,那么程序每次运行都将得到不同是随机序列。那又如何给srand传入不同的数呢?随机数?好吧,这下变成鸡生蛋蛋生鸡的问题了。其实不用那么复杂。我们只需要把当前的时间作为srand的参数传入就好了。程序每次运行的时间点是肯定是不一样的。 
    要获取当前时间,可以使用time库中的time函数。示例如下: 
    //代码示例 start 
    #include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> 
    #include <time.h> 

    int main() 

        srand((int)time(0)); 
        printf("%d %d ", rand(), rand()); 

    //代码示例 end 

    编译运行上述代码,就能让程序每次运行都得到不同的随机值了。 

    程序中time(0)函数返回值类型为time_t(time_t定义为长整型),time(0)返回从1970年1月1日零时零分零秒到目前为止所经过的时间,单位为秒。


    好了,到目前为止,我们已经解决了如何在区间[0, RAND_MAX]内等概率随机获得一个整数的问题。那么又应该如何等概率的随机获取任意范围内的整数呢?其实只需要对rand()函数生成的随机数进行取模运算就可以了。参考下述代码:
        int a = rand() % 100;
        int b = rand() % 20 + 5;
    执行上述代码后(当然前面应该调用srand函数),获取的整数a是[0, 100)区间的均匀随机整数;而获取的整数b,则是[5, 25)区间的均匀随机整数了。

    但紧接着我们不禁要问了:随机浮点数又该怎么生成呢?其实很简单,用rand()生成的数除以RAND_MAX,不就能得到0~1之间的浮点数了么?而要得到区间[a, b]的浮点数,用这个值扩展一下不就好了?比如 s= rand() / RAND_MAX; s = a + (b-a)* s;这样就能得到我们想要的随机数s了。好的,假如我们要得到区间[3, 5]之间的一个随机浮点数,那么很简单,代码如下: 
    //代码示例 start 
    #include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> 
    #include <time.h> 

    int main() 

        float s; 
        srand((int)time(0)); 
        s = (double)rand() / RAND_MAX; 
        s = 3 + (5-3) * s; 
        printf("%f ", s); 

    //代码示例 end 
    编译运行,好吧。为什么每次程序运行得到的结果都是3.0呢?程序逻辑没有问题的啊?! 
    在倒数第三行设置断点调试程序,我们会发现,在第一次完成对s的赋值之后,s的值为0.0。反复运行程序进行调试,s的值都是0.0。为什么s的值总是0.0呢? 
    原来,在C语言中,如果 / 操作符两边都是整数的话,那么运算后的结果也是一个整数,而且是向下取整的整数。即2 / 3得到0,3 / 2得到1。又由于rand()得到的值总是小于RAND_MAX,因此表达式 rand() / RAND_MAX也就只能得到整数0了,整数0在赋值给s时强制转换为浮点数0.0。 
    为了让 / 操作符进行浮点运算,我们可以将 / 操作符的操作数转化为浮点数。比如:(float)rand() / RAND_MAX;这样,就能得到我们想要的结果了。正确的例子如下: 
    //代码示例 start 
    #include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> 
    #include <time.h> 

    int main() 

        float s; 
        srand((int)time(0)); 
        s = (float)rand() / RAND_MAX; 
        s = 3 + (5-3) * s; 
        printf("%f ", s); 

    //代码示例 end 
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