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用程序如何产生随机数

大少爷安安 2019-05-15 浏览量:986
用程序如何产生随机数  
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  • rand 加上seed种子,种子绝对随机数质量。

  • 普通随机函数用rand函数,也可以设置rand函数的种子用srand,比如通过adc噪声或者当前时间的秒或者毫秒作为种子参书代入srand函数后,让rand再去就算

  • 首先需要明确,直接光程序不能产生真正的随机数,只能产生伪随机数,要产生真正的随机需要硬件支持,否则只能通过设置随机数种子,让伪随机数尽量随机。

    如果设备上有随机数发生器,需要根据需要去用C语言调用获取,

    否则,就用srand设置随机数种子(一般是时间相关信息),然后调用rand来获取伪随机数。

  • 第一步,先定义int一个数组和int一个指针变量。接着我们选择让指针指向数组的第一元素的地址。接着使循环的条件为指针的尾地址。并且因为这段代码每次循环后指针+1。最后,让他进行输出。最后编译运行完成后,便可以看到运行结果。srand((int)time(NULL));设定随机数种子
    rand()%100;产生0-99的随机数。高级点的,假如要产生16-59之间的数,你可以这样写:rand()%44+16(这里44由59-16+1得到)。其他情况如法炮制!

  • 在实际编程中,我们经常需要生成随机数,例如,贪吃蛇游戏中在随机的位置出现食物,扑克牌游戏中随机发牌。

    在C语言中,我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数,它的用法为:
    int rand (void);

    void 表示不需要传递参数。
    C语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数,但是 random() 不是标准函数,不能在 VC/VS 等编译器通过,所以比较少用。
    rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。

    RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏,它用来指明 rand() 所能返回的随机数的最大值。C语言标准并没有规定 RAND_MAX 的具体数值,只是规定它的值至少为 32767。在实际编程中,我们也不需要知道 RAND_MAX 的具体值,把它当做一个很大的数来对待即可。

    下面是一个随机数生成的实例:
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main(){
        int a = rand();
        printf("%d\n"a);
        return 0;
    }
    运行结果举例:
    193
    随机数的本质
    多次运行上面的代码,你会发现每次产生的随机数都一样,这是怎么回事呢?为什么随机数并不随机呢?

    实际上,rand() 函数产生的随机数是伪随机数,是根据一个数值按照某个公式推算出来的,这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布,如下图所示:

    C语言随机数和种子之间呈正态分布

    种子在每次启动计算机时是随机的,但是一旦计算机启动以后它就不再变化了;也就是说,每次启动计算机以后,种子就是定值了,所以根据公式推算出来的结果(也就是生成的随机数)就是固定的。
    重新播种
    我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”,这样种子就会发生改变。srand() 的用法为:
    void srand (unsigned int seed);
    它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中,我们可以用时间作为参数,只要每次播种的时间不同,那么生成的种子就不同,最终的随机数也就不同。

    使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间(精确到秒),就像下面这样:
    srand((unsigned)time(NULL));
    有兴趣的读者请猛击这里自行研究 time() 函数的用法,本节我们不再过多讲解。

    对上面的代码进行修改,生成随机数之前先进行播种:
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    int main() {
        int a;
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand();
        printf("%d\n" a);
        return 0;
    }
    多次运行程序,会发现每次生成的随机数都不一样了。但是,这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势,这是因为我们以时间为种子,时间是逐渐增大的,结合上面的正态分布图,很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。
    生成一定范围内的随机数
    在实际开发中,我们往往需要一定范围内的随机数,过大或者过小都不符合要求,那么,如何产生一定范围的随机数呢?我们可以利用取模的方法:
    int a = rand() % 10;    //产生0~9的随机数,注意10会被整除
    如果要规定上下限:
    int a = rand() % 51 + 13;    //产生13~63的随机数
    分析:取模即取余,rand()%51+13我们可以看成两部分:rand()%51是产生 0~50 的随机数,后面+13保证 a 最小只能是 13,最大就是 50+13=63。

    最后给出产生 13~63 范围内随机数的完整代码:
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    int main(){
        int a;
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand() % 51 + 13;
        printf("%d\n"a);
        return 0;
    }
    连续生成随机数
    有时候我们需要一组随机数(多个随机数),该怎么生成呢?很容易想到的一种解决方案是使用循环,每次循环都重新播种,请看下面的代码:
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    int main() {
        int a i;
        //使用for循环生成10个随机数
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            srand((unsigned)time(NULL));
            a = rand();
            printf("%d " a);
        }
        return 0;
    }
    运行结果举例:
    8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

    运行结果非常奇怪,每次循环我们都重新播种了呀,为什么生成的随机数都一样呢?

    这是因为,for 循环运行速度非常快,在一秒之内就运行完成了,而 time() 函数得到的时间只能精确到秒,所以每次循环得到的时间都是一样的,这样一来,种子也就是一样的,随机数也就一样了。

  • 添加上stdio.h头文件,再使用rand函数,就可以生成随机数了

  • 有的MCU硬件是可以产生随机数的。

    当然也可以用软件去产生。

    比较通用的是办法是:使用时间作为种子,然后使用随机数函数,rand()得到随机数。

  • 程序产生的随机数就是软件随机数了,可以先用srand产生一个随机数种子,然后使用rand函数产生随机数

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