生成N个不同的随机数(C++,范围0~N-1)

我不是女神ヾ 2022-08-06 01:26 231阅读 0赞

做项目的过程往往具有随机选取等过程。此笔记主要给出了随机生成N个不同的随机数的两种方法，然后简单的介绍了C++中随机数主要用到的函数srand,rand和time。最后给出了一个简单的例子，即从一个含有N张图片的文件夹中随机选取K张图片存入另外一个文件夹。

**一：产生N个不同随机数的方法**

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include<time.h>
    
    #define N 20
    #define K 10
    
    void swap(int *a, int *b)
    {
    	if(*a != *b){                 // 异或操作 交换两个数字的位置
    		*a ^= *b;
    		*b ^= *a;
    		*a ^= *b;
    	}
        
    }
    
    /******************************************************************************
    *函数名称：void generateDiffRandV1(int a[], int n)
    *函数功能：产生互不相同的随机数
    *入口参数：
    *返 回 值：无
    *备 注：以空间换时间
    *******************************************************************************/
    void generateDiffRandV1(int a[], int n, int k)           
    {
        int i;
        time_t t;
    
        for (i = 0; i < n; i++){
            a[i] = i;
        }
    
        srand((int)time(&t));
        for (i = 0; i < k; i++){
            swap(&a[i], &a[i+rand()%(n-i)]);
        }
    }
    
    /******************************************************************************
    *函数名称：void generateDiffRandV2(int a[], int n)
    *函数功能：产生互不相同的随机数(产生随机数的范围是1~n-1)
    *入口参数：
    *返 回 值：无
    *
    *思 路：先生成一个放置座号的数组，然后从中随机抽取，抽取后为防止重复，立即归零。
    * ：每次生成座号，只需判断是否为0 即可，大大提高了程序执行的效率。
    *******************************************************************************/
    void generateDiffRandV2(int a[], int n)
    {
        int *flag =(int *)malloc(sizeof(int) * n);
        static int flag_once = 0;
        int i, index;
        
        for(i = 0; i < n; i++) 
    		flag[i] = i+1;
        if(!flag_once){
            srand(time(0));
            flag_once = 1;
        }
        
        for(i = 0; i < n;){
            index = rand() % n;
            if(flag[index] != 0){
                a[i++] = flag[index]-1;
                flag[index] = 0;
            }
        }
        free(flag);
    }
    
    void printArray(int a[], int n)
    {
        int i;
    
        for (i = 0; i < n; i++){
            printf("%d ", a[i]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    int main()
    {
        int a[N];
        generateDiffRandV1(a, N, K);
        printArray(a, N);
        
        generateDiffRandV2(a, N);
        printArray(a, N);
        
        return 0;
    }

![Center][]

**二：srand，rand及time函数的简介**

1：srand函数是随机数发生器的初始化函数。它需要提供一个种子，这个种子会对应一个随机数，如果使用相同的种子,后面的rand() 函数会出现一样的随机数。如：srand(1); 直接使用1来初始化种子，srand(1)也是默认的种子。包含在库<stdlib.h>中。

如：

#include <iostream>
    #include <time.h>
    using namespace std;
    
    int main(){
    	// srand 相当于随机数的初始化函数，为随机数播下种子，
    	//srand((unsigned)time(0));    // time返回的是time_t类型
    	srand(1);
    	//time_t t= time(0);
    	for(int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		
    		cout << rand() << endl;
    	}
    
    	return 0;
    }

![Center 1][]

不管这段代码运行多少次，它始终是从种子1开始产生随机数，所以结果都是一样的。

为了避免这种情况，我们使用了srand((unsigned)time(0)); 0代表NULL,time(NULL)是获得当前时间的意思,这样每次运行就都能产生不同的随机数了。time()返回的结果为time\_t，强制转换为了unsigned类型，包含在库<time.h>中。

2：rand函数为伪随机数发生器，需要先调用srand初始化，一般用当前日历时间初始化随机数种子，这样每行代码都可以产生不同的随机数。还有个常量值RAND\_MAX为两个字节，大小为32767.

随机数产生的原理是：随机数中有一个变量种子rand,，初始会赋值给holdrand，然后用holdrand和一个公式就可以计算出新的随机数并赋值给holdrand再返回，循环产生随机数，每次得到的结果只与上次随机数的值有关，，或者你每次都通过初始化(srand((unsigned)time(0)))来改变种子进而初始化holdrand得到随机数。

**三：例子(一个含有N张图片的文件夹中随机选取K张图片存入另外一个文件夹)**

/*
    从图库中随机选择1w张各不相同的图片
    */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>            // 用到了srand函数,所以用到了这个头文件
    #include <iostream>
    #include "BrowseDir.hpp"
    #include <cv.h>
    #include <highgui.h>
    #include <algorithm>
    #include<time.h>            // 用到了time函数，所以要用到这个头文件
    using namespace std;
    
    #define N 20000                // 需要修改 总共数量
    
    
    //  随机产生n个不同的随机数 并保存在a数组中
    void generateDiffRandV2(int a[], int n)
    {
        int *flag =(int *)malloc(sizeof(int) * n);
        static int flag_once = 0;
        int i, index;
        
        for(i = 0; i < n; i++) flag[i] = i+1;
        if(!flag_once){
            srand(time(0));     //0 代表NULL, time(NULL)是获得当前时间的意思  没有这句每次产生的随机数和上次是一样的
            flag_once = 1;
        }
        
        for(i = 0; i < n;){
            index = rand() % n;
            if(flag[index] != 0){
                a[i++] = flag[index]-1;
                flag[index] = 0;
            }
        }
        free(flag);
    }
    
    void printArray(int a[], int n)
    {
        int i;
    
        for (i = 0; i < n; i++){
            printf("%d ", a[i]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    
    void imgProcessing(const char* dir_path, const char* file_exts, int a[],int selectNum)
    {
    	CStatDir stat_dir;
    	stat_dir.SetInitDir(dir_path);
    	stat_dir.BeginBrowse(file_exts);
    	int indx=0;
    	sort(a, a+selectNum);    // 排序函数
    	//printArray(a, selectNum);
    	int i =0, j=0;
    	int count=0;  // 统计出错图片个数
    	for (vector<string>::iterator iter=stat_dir.vec_files.begin();iter!=stat_dir.vec_files.end() && j < selectNum;iter++)
    	{
    		if(i==a[j]){
    
    			// 得到图片保存路径
    			string img_file = *iter;
    			string pre_img_save = img_file.substr(0,img_file.find_last_of("\\"))+"_1w";
    			string img_save = pre_img_save+img_file.substr(img_file.find_last_of("\\"));
    
    			IplImage* img= cvLoadImage((*iter).c_str(),1);
    			if(!img)
    			{
    				cout << "fail to load image" << endl;
    				count ++;
    			}
    			else{
    				cout << a[j] << endl;
    				cvSaveImage(img_save.c_str(), img);
    			}
    			j++;
    			i++;
    			cvReleaseImage(&img);
    			
    		}
    		else i++;
    
    	}
    	cout << "the error img: " << count << endl;
    
    }
    int main()
    {
        int a[N];
        
        generateDiffRandV2(a, N);
       // printArray(a, 50);
    	const char *img_dir = "E:\\wang\\data\\图片";     // 图片路劲 需要改动
    	const char *file_exts="*.jpg|*.png";
    	int selectNum = 10000;             // 选择图片数量  需要改动
        imgProcessing(img_dir, file_exts, a, selectNum);
        return 0;
    }

目录操作代码BrowseDir.hpp：

#pragma once
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <direct.h>
    #include <string.h>
    #include <iostream>
    #include <io.h>
    #include <vector>
    #include <fstream>
    #include <string>
    using namespace std;
    
    class CBrowseDir
    {
    protected:
    	//存放初始目录的绝对路径，以'\'结尾
    	char m_szInitDir[_MAX_PATH];
    
    public:
    	//缺省构造器
    	CBrowseDir();
    
    	//设置初始目录为dir，如果返回false，表示目录不可用
    	bool SetInitDir(const char *dir);
    
    	//开始遍历初始目录及其子目录下由filespec指定类型的文件
    	//filespec可以使用通配符 * ?，不能包含路径。
    	//如果返回false，表示遍历过程被用户中止
    	virtual bool BeginBrowse(const char *filespec);
    
    protected:
    	//遍历目录dir下由filespec指定的文件
    	//对于子目录,采用迭代的方法
    	//如果返回false,表示中止遍历文件
    	bool BrowseDir(const char *dir,const char *filespec);
    
    	//函数BrowseDir每找到一个文件,就调用ProcessFile
    	//并把文件名作为参数传递过去
    	//如果返回false,表示中止遍历文件
    	//用户可以覆写该函数,加入自己的处理代码
    	virtual bool ProcessFile(const char *filename);
    
    	//函数BrowseDir每进入一个目录,就调用ProcessDir
    	//并把正在处理的目录名及上一级目录名作为参数传递过去
    	//如果正在处理的是初始目录,则parentdir=NULL
    	//用户可以覆写该函数,加入自己的处理代码
    	//比如用户可以在这里统计子目录的个数
    	virtual void ProcessDir(const char *currentdir,const char *parentdir);
    };
    
    CBrowseDir::CBrowseDir()
    {
    	//用当前目录初始化m_szInitDir
    	getcwd(m_szInitDir,_MAX_PATH);
    
    	//如果目录的最后一个字母不是'\',则在最后加上一个'\'
    	int len=strlen(m_szInitDir);
    	if (m_szInitDir[len-1] != '\\')
    		strcat(m_szInitDir,"\\");
    }
    
    bool CBrowseDir::SetInitDir(const char *dir)
    {
    	//先把dir转换为绝对路径
    	if (_fullpath(m_szInitDir,dir,_MAX_PATH) == NULL)
    		return false;
    
    	//判断目录是否存在
    	if (_chdir(m_szInitDir) != 0)
    		return false;
    
    	//如果目录的最后一个字母不是'\',则在最后加上一个'\'
    	int len=strlen(m_szInitDir);
    	if (m_szInitDir[len-1] != '\\')
    		strcat(m_szInitDir,"\\");
    
    	return true;
    }
    
    bool CBrowseDir::BeginBrowse(const char *filespec)
    {
    	ProcessDir(m_szInitDir,NULL);
    	return BrowseDir(m_szInitDir,filespec);
    }
    
    bool CBrowseDir::BrowseDir(const char *dir,const char *filespec)
    {
    	_chdir(dir);
    
    	//首先查找dir中符合要求的文件
    	long hFile;
    	_finddata_t fileinfo;
    	if ((hFile=_findfirst(filespec,&fileinfo)) != -1)
    	{
    		do
    		{
    			//检查是不是目录
    			//如果不是,则进行处理
    			if (!(fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))
    			{
    				char filename[_MAX_PATH];
    				strcpy(filename,dir);
    				strcat(filename,fileinfo.name);
    				//cout << filename << endl;
    				if (!ProcessFile(filename))
    					return false;
    			}
    		} while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);
    		_findclose(hFile);
    	}
    	//查找dir中的子目录
    	//因为在处理dir中的文件时，派生类的ProcessFile有可能改变了
    	//当前目录，因此还要重新设置当前目录为dir。
    	//执行过_findfirst后，可能系统记录下了相关信息，因此改变目录
    	//对_findnext没有影响。
    	_chdir(dir);
    	if ((hFile=_findfirst("*.*",&fileinfo)) != -1)
    	{
    		do
    		{
    			//检查是不是目录
    			//如果是,再检查是不是 . 或 .. 
    			//如果不是,进行迭代
    			if ((fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))
    			{
    				if (strcmp(fileinfo.name,".") != 0 && strcmp
    					(fileinfo.name,"..") != 0)
    				{
    					char subdir[_MAX_PATH];
    					strcpy(subdir,dir);
    					strcat(subdir,fileinfo.name);
    					strcat(subdir,"\\");
    					ProcessDir(subdir,dir);
    					if (!BrowseDir(subdir,filespec))
    						return false;
    				}
    			}
    		} while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);
    		_findclose(hFile);
    	}
    	return true;
    }
    
    bool CBrowseDir::ProcessFile(const char *filename)
    {
    	return true;
    }
    
    void CBrowseDir::ProcessDir(const char 
    	*currentdir,const char *parentdir)
    {
    }
    
    //从CBrowseDir派生出的子类，用来统计目录中的文件及子目录个数
    class CStatDir:public CBrowseDir
    {
    protected:
    	int m_nFileCount;   //保存文件个数
    	int m_nSubdirCount; //保存子目录个数
    public:
    	vector<string> vec_files;
    public:
    	//缺省构造器
    	CStatDir()
    	{
    		//初始化数据成员m_nFileCount和m_nSubdirCount
    		m_nFileCount=m_nSubdirCount=0;
    	}
    
    	//返回文件个数
    	int GetFileCount()
    	{
    		return m_nFileCount;
    	}
    
    	//返回子目录个数
    	int GetSubdirCount()
    	{
    		//因为进入初始目录时，也会调用函数ProcessDir，
    		//所以减1后才是真正的子目录个数。
    		return m_nSubdirCount-1;
    	}
    
    	void VisitedFiles(ostream&out)
    	{
    		for (vector<string>::iterator iter=vec_files.begin();iter!=vec_files.end();iter++)
    		{
    			out<<*iter<<"\n";
    		}
    	}
    
    	virtual bool BeginBrowse(const char *filespec)
    	{
    		string file_exts=filespec;
    		vector<string> vec_exts;
    		size_t pos_start=0;
    		size_t npos=file_exts.find("|");
    		string exts;
    		while(npos!=string::npos)
    		{
    			exts=file_exts.substr(pos_start,npos-pos_start);
    			vec_exts.push_back(exts);
    			pos_start=npos+1;
    			npos=file_exts.find("|",pos_start);
    		}
    		exts=file_exts.substr(pos_start);
    		vec_exts.push_back(exts);
    		bool sign=true;
    		for (vector<string>::iterator iter=vec_exts.begin();iter!=vec_exts.end();iter++)
    		{
    			exts=*iter;
    			if (!CBrowseDir::BeginBrowse(exts.c_str()))
    			{
    				sign=false;
    			}
    			
    		}
    		
    		return sign;
    	}
    protected:
    	//覆写虚函数ProcessFile，每调用一次，文件个数加1
    	virtual bool ProcessFile(const char *filename)
    	{
    		m_nFileCount++;
    		//cout<<filename<<endl;
    		vec_files.push_back(filename);
    		return CBrowseDir::ProcessFile(filename);
    	}
    
    	//覆写虚函数ProcessDir，每调用一次，子目录个数加1
    	virtual void ProcessDir
    		(const char *currentdir,const char *parentdir)
    	{
    		m_nSubdirCount++;
    		CBrowseDir::ProcessDir(currentdir,parentdir);
    	}
    };

**参考文献：**

1：[http://blog.chinaunix.net/uid-21228455-id-2406483.html][http_blog.chinaunix.net_uid-21228455-id-2406483.html]生成k个小于n的互不相同的随机数

2：[http://blog.csdn.net/kongfanyu/article/details/6387642][http_blog.csdn.net_kongfanyu_article_details_6387642]

3：[http://wenku.baidu.com/link?url=EYVSyySirpDfidGAV7beGz16gCiiNU\_aZcpdtpPhL4V5y9TVVQZXWEViyb74AQvUw2lNpShtwRsxA05t0BZ3YqGxui\_hvbyD5USN1pmu\_m\_][http_wenku.baidu.com_link_url_EYVSyySirpDfidGAV7beGz16gCiiNU_aZcpdtpPhL4V5y9TVVQZXWEViyb74AQvUw2lNpShtwRsxA05t0BZ3YqGxui_hvbyD5USN1pmu_m]

[Center]: /images/20220806/39af9579669346da92217bddf071c8c6.png
[Center 1]: /images/20220806/6ceb0946dc1c444bb2866ad69f787738.png
[http_blog.chinaunix.net_uid-21228455-id-2406483.html]: http://blog.chinaunix.net/uid-21228455-id-2406483.html
[http_blog.csdn.net_kongfanyu_article_details_6387642]: http://blog.csdn.net/kongfanyu/article/details/6387642
[http_wenku.baidu.com_link_url_EYVSyySirpDfidGAV7beGz16gCiiNU_aZcpdtpPhL4V5y9TVVQZXWEViyb74AQvUw2lNpShtwRsxA05t0BZ3YqGxui_hvbyD5USN1pmu_m]: http://wenku.baidu.com/link?url=EYVSyySirpDfidGAV7beGz16gCiiNU_aZcpdtpPhL4V5y9TVVQZXWEViyb74AQvUw2lNpShtwRsxA05t0BZ3YqGxui_hvbyD5USN1pmu_m_