在 C++ 程序中，在新標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)之前，C 和 C++ 都依賴(lài)一個(gè)簡(jiǎn)單的 C 庫(kù)函數(shù) rand 來(lái)生成隨機(jī)數(shù)，但是，這個(gè)函數(shù)生成的是均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)，每個(gè)隨機(jī)數(shù)的范圍在 0 和一個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的最大值（至少為 32767）之間。

  rand 函數(shù)有一些問(wèn)題：即使不是大多數(shù)，也有很多程序需要不通范圍的隨機(jī)數(shù)。一些應(yīng)用需要隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)。一些程序需要非均勻分布的隨機(jī)數(shù)。而在編寫(xiě)程序?yàn)榱私鉀Q這些通常會(huì)轉(zhuǎn)換 rand 生成的隨機(jī)數(shù)的范圍、類(lèi)型或者是分布時(shí)，常常會(huì)引入非隨機(jī)性。

  在 C++ 11 標(biāo)準(zhǔn)中，定義在頭文件 random 中的隨機(jī)數(shù)庫(kù)通過(guò)一組協(xié)作的類(lèi)來(lái)解決這些問(wèn)題，主要用到的是兩個(gè)類(lèi)：

• 隨機(jī)數(shù)引擎類(lèi)（random-number engines）
• 隨機(jī)數(shù)分布類(lèi)（random-number distribution)

其中，一個(gè)引擎類(lèi)可以生成 unsigned 隨機(jī)數(shù)列，一個(gè)分布使用一個(gè)引擎類(lèi)生成指定類(lèi)型的，在給定范圍內(nèi)的，服從指定概率分布的隨機(jī)數(shù)。

1. 隨機(jī)數(shù)引擎和分布

  隨機(jī)數(shù)引擎是函數(shù)對(duì)象類(lèi)，他們定義了一個(gè)調(diào)用運(yùn)算符，該運(yùn)算符不接受參數(shù)并返回一個(gè)隨機(jī)的 unsigned 整數(shù)。我們可以通過(guò)調(diào)用一個(gè)隨機(jī)數(shù)引擎對(duì)象來(lái)生成原始隨機(jī)數(shù)。

default_random_engine e;    // 生成隨機(jī)無(wú)符號(hào)數(shù)
for(size_t i=0; i<10; i++)
    // e() “調(diào)用”對(duì)象來(lái)生成下一個(gè)隨機(jī)數(shù)
    cout << e() <<endl;

在上面這幾行的代碼中，定義了一個(gè)名為 e 的 default_random_engine 的對(duì)象。在 for 循環(huán)內(nèi)，我們調(diào)用對(duì)象 e 來(lái)獲得下一個(gè)隨機(jī)數(shù)。

1.1 分布類(lèi)型和引擎

  為了得到一個(gè)在指定范圍內(nèi)的數(shù)，我們一用一個(gè)分布類(lèi)型的對(duì)象：

//生成 0 到 9 之間（包含）均勻分布的隨機(jī)數(shù)
uniform_int_distribution<unsigned> u(0,9);
default_random_engine e;    // 生成無(wú)符號(hào)隨機(jī)整數(shù)
for (size_t i =0;i<10; i++)
    // 將 u 作為隨機(jī)數(shù)源
    // 每個(gè)調(diào)用返回在指定范圍內(nèi)并服從均勻分布的值
    cout<<u(e)<<" ";
cout<< endl;

上面的代碼輸入如下:

0 1 7 4 5 2 0 6 6 9

  上面的程序中，我們將 u 定義為 uniform_int_distribution<unsigned> 。這種類(lèi)型生成均勻分布的 unsigned 值。當(dāng)我們定義一個(gè)這種類(lèi)型的對(duì)象時(shí)，可以提供想要的最小值和最大值。在上面這段代碼中，u(0,9) 表示我們希望得到 0 到 9 之間（包含）的數(shù)。隨機(jī)數(shù)分布類(lèi)會(huì)使用包含的范圍，從而我們可以得到給定整形的每個(gè)可能值。

  類(lèi)似引擎類(lèi)型，分布類(lèi)型也是函數(shù)對(duì)象類(lèi)。分布類(lèi)型定義了一個(gè)調(diào)用運(yùn)算符，它接受一個(gè)隨機(jī)數(shù)引擎作為參數(shù)。分布對(duì)象使用它的引擎參數(shù)生成隨機(jī)數(shù)，并將其映射到指定的分布。

  傳遞給分布對(duì)象的是引擎對(duì)象本身，也就是 u(e)，如果我們將調(diào)用寫(xiě)為 u(e())，含義就變?yōu)閷?nbsp;e 生成的下一個(gè)值傳遞給 u，這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)編譯錯(cuò)誤。我們傳遞的是引擎本身，而不是他生成的下一個(gè)值，原因是某些分布可能需要調(diào)用引擎多次才能得到一個(gè)值。

1.2 使用引擎生成一個(gè)數(shù)值序列

  隨機(jī)數(shù)發(fā)生器有一個(gè)特性，也就是即使生成的樹(shù)看起來(lái)是隨機(jī)的，但是對(duì)于一個(gè)給定的發(fā)生器，每次運(yùn)行程序它都會(huì)返回相同的數(shù)值序列。序列不變這一事實(shí)在 調(diào)試 的時(shí)候十分有用，但是另一方面，使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的程序也必須考慮到這一特性。

  下面介紹一個(gè)例子，需要一個(gè)函數(shù)生成一個(gè) vector，包含 100 個(gè)均勻分布在 0 到 9 之間的隨機(jī)數(shù)。一種錯(cuò)誤的方法是使用下面的代碼：

vector<unsigned >bad_randVec()
{
    default_random_engine e;
    uniform_int_distribution<unsigned >u(0,9);
    vector<unsigned >ret;
    for(size_t i = 0;i<100;i++)
        ret.push_back(u(e));
    return ret;
}
// 但是 每次調(diào)用這個(gè)函數(shù)都會(huì)返回相同的 vector
vector<unsigned >v1(bad_randVec());
vector<unsigned >v2(bad_randVec());
// 將會(huì)打印輸出 equal
cout << ((v1==v2) ? "equal" : "not equal") << endl;

上面這段代碼會(huì)輸出 equal，因?yàn)?vector v1 和 v2 具有相同的值。

正確的定義方法是 將引擎和關(guān)聯(lián)的分布對(duì)象定義為 static 的：

 vector<unsigned >good_randVec()
{
    // 由于我們希望引擎和分布對(duì)象保持狀態(tài)，因此應(yīng)該將他們定義為
    // static 的，從而每次調(diào)用都生成新的數(shù)
    static default_random_engine e;
    static uniform_int_distribution<unsigned > u(0,9);
    vector<unsigned > ret;
    for(size_t i = 0; i<100;i++)
        ret.push_back(u(e));
    return ret;
}

由于 e 和 u 都是 static 的，因此它們?cè)诤瘮?shù)調(diào)用之間會(huì)保持住狀態(tài)。第一次調(diào)用會(huì)使用 u(e) 生成的序列中的前 100 個(gè)隨機(jī)數(shù)，第二次調(diào)用會(huì)獲得接下來(lái) 100 個(gè)。以此類(lèi)推。

  注意，一個(gè)給定的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器已知會(huì)生成相同的隨機(jī)數(shù)序列。一個(gè)函數(shù)如果定義了局部的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，應(yīng)該將其（包括引擎和分布對(duì)象）定義為 static 的。否則，每次調(diào)用函數(shù)都會(huì)生成相同的序列。

1.3 設(shè)置隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子

  隨機(jī)數(shù)發(fā)生器會(huì)生成相同的隨機(jī)數(shù)序列這一特性在調(diào)試中很有用。但是，一旦我們的程序調(diào)試完畢，我們通常希望每次運(yùn)行程序都會(huì)生成不同的隨機(jī)結(jié)果，可以通過(guò)提供一個(gè)種子(seed)來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。種子就是一個(gè)數(shù)值，殷勤可以利用它從序列中一個(gè)新位置重新開(kāi)始生成隨機(jī)數(shù)。

  為引擎設(shè)置種子有兩種方式：

• 在創(chuàng)建引擎對(duì)象時(shí)提供種子
• 調(diào)用引擎的 seed 成員

    // 幾乎肯定是生成隨機(jī)整數(shù) vector 的錯(cuò)誤方法
    // 每次調(diào)用這個(gè)函數(shù)都會(huì)生成相同的 100 個(gè)數(shù)
    default_random_engine e1;       // 使用默認(rèn)種子
    default_random_engine e2(2147483646);       // 使用給定的種子值
    // e3 和 e4 將會(huì)生成相同的序列，因?yàn)樗麄兪褂昧讼嗤姆N子
    default_random_engine e3;
    e3.seed(32767);             //調(diào)用 seed 設(shè)置為一個(gè)新種子值
    default_random_engine e4(32767);    // 將種子值設(shè)置為 32767
    for(size_t i = 0;i != 10; i++)
    {
        if (e1() == e2())
            cout<<"unseeded match at iteeration: "<<i<<endl;
        if (e3() != e4())
            cout<<"seeded differs at itertion: "<<i<<endl;
    }

設(shè)置種子最常用的方法是調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) time ，這個(gè)函數(shù)定義再頭文件 ctime 中，它返回一個(gè)特定時(shí)刻到當(dāng)前經(jīng)過(guò)了多少秒。函數(shù) time 接受單個(gè)指針參數(shù)，它指向用于寫(xiě)入時(shí)間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果此指針為空，則函數(shù)簡(jiǎn)單的返回時(shí)間：

default_random_engine e1(time(0));  // 稍微隨機(jī)些的種子--把0換成NULL也行

但是，由于 time 返回以秒計(jì)的時(shí)間，因此這種方式只適用于生成種子的間隔為秒級(jí)或更長(zhǎng)的應(yīng)用。

2. 其他隨機(jī)數(shù)分布

2.1 生成隨機(jī)實(shí)數(shù)

  程序常常需要一個(gè)隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)源。特別是程序經(jīng)常需要 0 到 1 之間的隨機(jī)數(shù)。

  可一定以一個(gè) uniform_real_distribution 類(lèi)型的對(duì)象，并讓標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來(lái)處理從隨機(jī)整數(shù)到隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的映射。與處理 uniform_int_distribution 一樣，在定義對(duì)象時(shí)，我們指定最小值和最大值。

    default_random_engine e;        // 生成無(wú)符號(hào)隨機(jī)整數(shù)
    // 0 到 1 （包含）的均勻分布
    uniform_real_distribution<double >u(0,1);
    for(size_t i =0;i<10;i++)
        cout<<u(e)<<" ";
    cout<<endl;

此外，當(dāng)我們對(duì)分布函數(shù)不指定默認(rèn)生成的類(lèi)型參數(shù)時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)賦予一個(gè)類(lèi)型，生成浮點(diǎn)值得分布類(lèi)型默認(rèn)生成 double 類(lèi)型，生成整型值的分布類(lèi)型默認(rèn)生成 int 類(lèi)型，如下：

uniform_real_distribution<>u(-1,1); // 默認(rèn)生成 double 值

2.2 生成非均勻分布的隨機(jī)數(shù)

  除了生成上面的均勻分布，C++ 11 還規(guī)定了可以生成 20 種不同的分布類(lèi)型，比如 均勻分布uniform，正態(tài)分布normal，二項(xiàng)分布binomial，泊松分布poisson，學(xué)生分布 student 等等，相關(guān)函數(shù)可以查看相應(yīng)的函數(shù)（具體可以參考 C++ Primer 781頁(yè)）。

到此這篇關(guān)于C++11生成隨機(jī)數(shù)(random庫(kù))的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11生成隨機(jī)數(shù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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