C++随机数 std::random_device

柔情只为你懂 2022-09-09 06:23 171阅读 0赞

C中使用 rand() 函数生成 **伪·随机数**，原理是利用初等数论中的同余定理来实现的. 产生整数rand的原理是: y=ax+b(mod n)其中,n一般是一个很大的素数,几万. a也是大素数.而且a,b,n都是常数。

具体步骤为：参考自https://www.cxyzjd.com/article/w\_y\_x\_y/80199694  
①在rand函数的内部，是通过一个公式计算出一个值作为随机值，下次再调用rand的时候，再把这个随机值作为参数传给这个公式计算出一个新的随机值，周而复始。  
②在C库中，是通过一个**静态全局变量来作为“种子”**，而这个“种子”的值是通过srand函数改变的，如果不写srand函数，这个“种子”值默认赋值为1。这就解释了“为何不写srand函数，rand函数就会生成伪随机数”，因为程序只要重新开始运行，“种子”值就会被默认赋值为1，那么通过公式算出来的序列肯定就一直相同了。

示例：通常我们使用时间作为随机数种子。

#include <iostream>
    #include <cmath>
    void fun()
    {
        
        srand((unsigned int)time(nullptr)); // 使用秒作为随机种子
        std::cout << "time:" << (unsigned int)time(nullptr) << endl;
        std::cout << "random:" << rand() << endl;
    }
    
    int main()
    {
        
        
        int i = 10;
        while (i--)
        {
        
            fun();
        }
        /* 输出
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
            time:1630296077
            random:11308
        */
    
        return 0;
    }

可以看到，使用时间::秒作为随机种子，那么在一秒钟之内获取的随机种子相同，则获取的随机数相同。

为了解决一秒内获取的随机数相同的问题，我们可以使用精度更高的时间，毫秒或微秒作为种子。但这样依然会存在上述问题。究其原因该函数只能生成伪·随机数。

在C11中 std::random\_device 可用于生成随机数。

定义在 <random> 头文件中。

示例：

#include <iostream>
    #include <random>
    
    void fun()
    {
        
        std::random_device rd;
        std::cout << "random:" << rd() << endl;
    }
    
    int main()
    {
        
        
        int i = 10;
        while (i--)
        {
        
            fun();
        }
        /* 输出
            random:2848171590
            random:2149412796
            random:1399167999
            random:447251527
            random:3148048510
            random:1413765525
            random:1709601834
            random:3324289168
            random:3911469733
            random:2827637096
        */
    
        return 0;
    }

除此之外，标准库头文件 <random> 还提供了诸如正态分布、泊松分布等方式产生随机数。  
具体参考：https://www.apiref.com/cpp-zh/cpp/header/random.html