C++-随机数的产生

一、随机数

　　以前学C语言的时候感觉随机数没啥用的，现在想想是自己无知啦，在帮人做一个项目的时候发现随机数还是相当有用的，我们可以利用随机数来生成大量的测试数据。

　　有两种方法可以让你的程序每次运行结果不同：

1.让用户输入不同的数据（或者从文件中读取不同的数据）；
2.对用户输入的相同数据采取不同的处理方式，使其运行结果不同。

　　大多数情况下，第一种方法是非常好的，用户总是希望他们程序的结果是可预测的。比如当编写一个文本编辑器或者网页浏览器时，你会希望程序在用户每次输入一段文本或网址时执行同样的操作，而不是由浏览器随机决定访问哪个页面，除非是使用StumbleUpon1。
1StumbleUpon是一个能让你“偶遇”有趣网页的网站：http://www.stumbleupon.com/。

　　但在某些情况，每次执行相同操作并不是一个好的处理方式。例如，很多电脑游戏依赖随机，俄罗斯方块便是一个典型的例子，如果每次游戏方块的下落顺序都相同，用户便会记住下落顺序，因为可以预测接下来会出现什么方块，所以得分会一次比一次高。最后游戏和背诵圆周率的千位小数没啥不同。为了让俄罗斯方块游戏更有意思，程序需要随机选择下一次方块的形状和朝向。

　　为了实现这个功能，计算机需要生成随机数。因为计算机会准确执行命令，当我们执行相同的操作时计算机总会返回同样的结果。这就很难生成真正的随机数。不过没有必要生成真的随机数。生成像随机数的数也能达到目的，这就是伪随机数。

　　要生成伪随机数，计算机需要一个种子，利用数学变换将种子转换成另一个值。新值再成为下一个种子。如果程序每次采用不同的种子，程序便永远不会生成相同的数据序列。这里使用的数学转换需要特别挑选，要让所有数字的生成概率相等但又不会有明显的计算模型。（例如，它不会只是每次对数字加1。）

　　C++提供了所有的功能。你无需关心数学转换，C++中有相关的函数实现。所有你要做的只是提供随机种子，使用当前时间作种子即可。让我们看一下细节：

1.1 随机数的产生

　　C++有两个函数，一个是设置随机种子，另一个是用种子产生随机数：

　　

1 void srand (int seed);

　　srand函数将某个数字设置为种子。在程序开头处需要调用一次srand。使用srand的典型方法是把time函数的结果作为参数，time函数返回一个代表当前时间的数值。

　　time函数返回从1970年1月1日起到现在的秒数。这个规则源自于Unix操作系统，有时它称为Unix time。大多数情况下，时间存储在32位有符号整型中。

　　随着时间的增加，秒数会超过整型可表示的范围，最后将以负数结尾表示过去的时间。超过整型数的现象将发生在2038年，它引起了对“2038年问题”（Year2038 Problem）的讨论，使用Unix time的计算机程序将会把2038年当做1901年处理。详情请参考：
　　http://en.wikipedia.org/wiki/Year_2038_problem。

1 srand ( time ( NULL ) );

　　目前你不用了解NULL参数，先就照着这么写；

　　如果连续调用srand，程序会反复地更新随机数发生器种子，因为连续调用的时间序列非常相近，生成的随机数也会很相近。（使用srand必须包含cstdlib头文件，使用time函数必须包含ctime头文件。
　　

1 #include <cstdlib>
2 #include <ctime>
3 int main ()
4 {
5 　　//在最开始处调用一次
6 　　srand( time( NULL ) );
7 }

　　参照下面原型调用rand函数来获取随机数。

1 int rand ();

　　注意rand函数没有任何参数，仅有一个返回值。让我们将返回值输出出来。

 1 #include <cstdlib>
 2 #include <ctime>
 3 #include <iostream>
 4 using namespace std;
 5 int main ()
 6 {
 7 　　//在最开始处调用一次
 8 　　srand( time( NULL ) );
 9 　　cout << rand() << '\n';
10 }

　　C++有一个返回除法余数的操作符（如4/3商为1，余数为1）——模数运算符。如果你没有注意到也不要紧，人们总是自动屏蔽数学函数。但模数非常有用。因为被4整除的余数的范围是0~3。如果用rand函数返回的随机数除以所需数字的范围长度（即范围内数的数量），便会获得0到最大范围之间的值（不包含最大值）。

 1 #include <ctime>
 2 #include <cstdlib>
 3 #include <iostream>
 4 using namespace std;
 5 int randRange (int low, int high)
 6 {
 7 　　//先获取随机数，再处理得到从0到所需数字范围长度的值，然后加上最小值
 8 　　return rand() % ( high - low + 1 ) + low;
 9 }
10 int main ()
11 {
12 　　srand( time( NULL ) );
13 　　for ( int i = 0; i < 1000; ++i )
14 　　{
15 　　cout << randRange( 4, 10 ) << '\n';
16 　　}
17 }

　　这段程序有两点需要注意的地方。首先，我们必须对high-low加1，举例说明原因，设想目标范围是0到10，当中有11种可能出现的值。减法获得的是两个值之间的差值，比范围内值的数量少1，因此必须加1。其次，注意我们需要加上目标范围的最小值，设想如果想获取10到20之间的数，通过上面的方法只能获取0到10之间的随机数，再加10才能将范围设定到10到20之间。

参考文献：c++现代程序设计方法

小结：

　　-我们产生随机数不用自己去编写数学变换公式，直接调用两个随机函数

　　-time(NULL)返回当前距离1970年的秒数，将其作为参数传递给srand生成随机种子；

　　-rand()生成随机数，无形参，每调用一次返回值一个