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C++游戲教程基本技巧之隨機化詳解

更新時間：2022年11月07日 10:40:04 作者：JYqwq

在小游戲的制作中時常常會要用到隨機數(shù)，這篇文章就來和大家談談C++中這個所謂的“隨機”。文中的示例代碼講解詳細，感興趣的小伙伴可以了解一下

0. 引言

小游戲中時常要用到隨機數(shù)，今天就來談談這個所謂的“隨機”。

1. 隨機數(shù) rand()

我們要使用隨機數(shù)（嚴格意義上是偽隨機）的話，C++ 中就有 rand() 來提供了這一操作。

rand()返回值是整數(shù)。在不同系統(tǒng)的編譯器下，返回值的范圍不同，我們姑且認為足夠我們使用。

設我們要獲取數(shù)x，逐步推導：

當x∈[0,100] 時，可以寫成 rand()%101；

當 x∈[1,100] 時，可以轉化為x′+1(x′∈[0,99])，寫成 rand()%100+1；

當x∈[l,r] 時，可以轉化為x′+l(x′∈[0,r−l])，寫成 rand()%(r-l+1)+l。

可現(xiàn)實總是不盡如人意：

為什么每次隨機出來的序列都是一樣的呢？這里我們就要講到下面的東西了

2. 設置隨機種子 srand()

畢竟是偽隨機，所以每次生成的隨機序列需要有一個初始的隨機種子（無符號整數(shù)），srand() 提供了這一操作。

比如設置隨機種子為114514，可以寫成 srand(114514);。

然而

這意味著種子要隨機。

3. 時間 time()

time() 返回從 1970.1.1 1970.1.1 1970.1.1 至今的秒數(shù)，參數(shù)直接填 NULL 或 0 0 0（也就是空指針）即可。

設置為種子，也就是 srand(time(0));。

效果顯著：

4. 隨機排列 random_shuffle()

如果有一個數(shù)組 a a a，如何讓其進行隨機排列呢？

C++ 有函數(shù) random_shuffle()。

參數(shù)和用法與 sort() 類似，直接調用即可。

示例代碼：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,a[105];
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		cin>>a[i];
	}
	random_shuffle(a+1,a+n+1);
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		cout<<a[i]<<' '; 
	}
 	return 0;
}

效果：

5. 隨機基本案例

5-1. 隨機 01 矩陣

給定邊長n，要求生成一個隨機 01 矩陣。

示例代碼：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n;
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=1;j<=n;j++)
		{
			cout<<rand()%2;
		}
		cout<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-2. 隨機區(qū)間

給定n，要求生成n個區(qū)間[l,r](l≤r)，并且這些區(qū)間是[1,n]的子區(qū)間。

每次分別對于l,r隨機，然后調整l,r大小位置。

示例代碼：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n;
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		int l=rand()%n+1,r=rand()%n+1;
		if(l>r) swap(l,r);//防止 l>r
		cout<<l<<' '<<r<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-3. 隨機浮點數(shù)

給定n和k，要求生成n個[0,n] 的k位浮點數(shù)（不可以有后綴0）。

分成整數(shù)部分和小數(shù)部分考慮。

整數(shù)部分生成[0,n] 的整數(shù)，小數(shù)部分生成k位 [0,9] 的數(shù)（在位數(shù)允許時，可以生成一個[0,10^k−1] 的整數(shù)代替小數(shù)）。

當然，要特判整數(shù)為n的情況。若小數(shù)部分>0，就不在[0,n]內了。

處理后綴0時，只要把其存進字符串處理即可。

示例代碼：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,k;
	cin>>n>>k;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		int d=rand()%(n+1);
		cout<<d;
		if(d==n)
		{
			cout<<endl;
			continue;
		}
		string s=".";
		for(int j=1;j<=k;j++)
		{
			s+=(char)(rand()%10+48);
		}
		while(s[s.size()-1]=='0'&&s.size()>2) s.erase(s.size()-1);//防止后綴 0
		cout<<s<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-4. 隨機整數(shù)

給定n,l,r(l,r∈Z,l≤r)，要求生成n個整數(shù)x(x∈[l,r])。

可能含有負數(shù)，該怎么辦呢？

分三類討論：

1.當l≤r≤0 時，先輸出 -，然后生成[∣r∣,∣l∣] 范圍的整數(shù)。

2.當l≤0≤r 時，先隨機t=0或1來確定符號。

當t=0時，輸出 -，生成[0,∣l∣] 的整數(shù)。
當t=1時，生成[0,r]的整數(shù)。

3.當0≤l≤r時，直接生成[l,r] 的整數(shù)。

注意以上操作中輸出 -0 的情況要處理一下。

示例代碼：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,l,r;
	cin>>n>>l>>r;
	while(n--)
	{
		if(l<=r&&r<=0)
		{
			int d=rand()%(abs(l)-abs(r)+1)+abs(r);
			if(d) cout<<'-';//防止 -0
			cout<<d;
		}
		else if(l<=0&&0<=r)
		{
			int f=rand()%2;
			if(f) cout<<rand()%(r+1);
			else
			{
				int d=rand()%(abs(l)+1);
				if(d) cout<<'-';//防止 -0
				cout<<d;
			}
		}
		else cout<<rand()%(r-l+1)+l;
		puts(""); 
	}
 	return 0;
}

效果：