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生成隨機(jī)數(shù)的N種方式

首先需要說(shuō)明的是，計(jì)算機(jī)中生成的隨機(jī)數(shù)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)都是偽隨機(jī)，即非真正的隨機(jī)數(shù)，真正隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)樣本不可重現(xiàn)。那么我們來(lái)看看代碼中有哪些方式可以生成隨機(jī)數(shù)。

rand

rand函數(shù)聲明如下：

#include <stdlib.h> 
int rand(void); 

rand函數(shù)返回[0,RAND_MAX)范圍的隨機(jī)整數(shù)，在我的機(jī)器上，RAND_MAX為2147483647。

使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
int main(void) 
{ 
    int i = 0; 
    while(i < 5) 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

編譯運(yùn)行：

$ gcc -o rand rand.c 
./rand 
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 

多運(yùn)行幾次，你就會(huì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，每次運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的!!!這還玩?zhèn)€毛線?

srand

別急，rand雖然每次運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，那是因?yàn)樗姆N子默認(rèn)為1。每一個(gè)種子會(huì)有一串看似隨機(jī)的序列，每次取下一個(gè)出來(lái)，整體都近乎是隨機(jī)分布的。但是如果你的種子每次都是一樣的，那么每次運(yùn)行可能得到的結(jié)果也是一樣的。我們需要利用srand給它一個(gè)種子。

#include <stdlib.h> 
void srand(unsigned int seed); 

為了保證我們每次的得到的隨機(jī)數(shù)不一樣，我們必須在每次調(diào)用時(shí)，都確保種子不一樣，因此通常會(huì)選擇使用時(shí)間作為種子，注意這只是通常的種子選擇，你可以根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行選擇。

于是我們?cè)谑褂弥霸O(shè)置好種子，使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//設(shè)置隨機(jī)種子，注意只需要設(shè)置一次即可 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5個(gè)隨機(jī)數(shù) 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

現(xiàn)在好了，每次運(yùn)行生成的都不一樣了。但是還有一個(gè)問(wèn)題，如果這種方式在多線程下使用，也是不可取的，因?yàn)閞and不是可重入函數(shù)。它的每次調(diào)用都會(huì)修改一些隱藏的屬性，因此在多線程中使用它并不合適。

rand_r

為了在多線程下使用，我們使用rand_r，使用方式和rand是一樣的：

#include <stdlib.h> 
int rand_r(unsigned int *seedp); 

使用示例：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    unsigned int seed = time(NULL); 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5個(gè)隨機(jī)數(shù) 
    { 
        printf("%d ",rand_r(&seed)); 
        i++; 
    } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

多線程中，多個(gè)線程可能幾乎同時(shí)調(diào)用，那它們的種子可能也一樣，如果想不一樣，還可以將種子設(shè)置成和線程id有關(guān)。

unsigned int seed  = time(NULL)^pthread_self();  

random

通過(guò)前面的例子可以發(fā)現(xiàn)，rand生成的整數(shù)范圍是有限的，為了生成更大范圍，可以使用random：

#include <stdlib.h> 
long int random(void); 
void srandom(unsigned int seed); 

random返回的類型為long int，因此在一定程度上，它生成的范圍要大得多。另外與rand類似，需要使用srandom函數(shù)設(shè)置種子。具體的例子就不再放出了。

生成指定范圍隨機(jī)數(shù)

前面的例子都是生成[1,RAND_MAX]之間的數(shù)，如果要生成指定區(qū)間的隨機(jī)數(shù)呢?假設(shè)a和b不超過(guò)int范圍以及它們的差值不超過(guò)rand的生成范圍。

[a,b)

左閉右開(kāi)區(qū)間，即包含a，不包含：

(rand() % (b - a)) + a; 

[a,b]

左閉右閉，即包含a和b：

(rand() % (b - a + 1)) + a; 

(a,b]

左開(kāi)右閉，即不包含a，包含b：

(rand() % (b-a)) + a + 1; 

[0,b]

rand() % b ; 

0到1之間的浮點(diǎn)數(shù)

rand()/(double)RAND_MAX; 

舉例

生成[2,10)之間的隨機(jī)數(shù)5個(gè)：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//設(shè)置隨機(jī)種子，注意只需要設(shè)置一次即可 
    int i = 0; 
    int a = 2; 
    int b = 10; 
    while(i < 5)//生成5個(gè)隨機(jī)數(shù) 
    { 
        printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

總結(jié)

記住，通過(guò)這些方法生成的都是偽隨機(jī)數(shù)。而一個(gè)好的隨機(jī)算法，它的隨機(jī)性很強(qiáng)，可能需要根據(jù)使用場(chǎng)景去設(shè)計(jì)具體的算法。本文所介紹的僅僅是庫(kù)函數(shù)提供的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)。