Gruntle Software & Testing

Генератор случайных чисел (rand & srand) На C++

От Stewart TristianОпубликовано Опубликовано в Гиды

В этом учебнике подробно описано использование функций rand() и srand() для генерации случайных чисел на C++:

Много раз нам требуется использовать случайные числа в наших приложениях для создания симуляторов или игр и других приложений, требующих случайных событий.

Например, в игре в кости, без случайных событий, мы будем иметь одну и ту же сторону, появляющуюся каждый раз, когда мы бросаем кости, тем самым давая нежелательные результаты.

Таким образом, становится необходимым иметь в своем распоряжении генератор случайных чисел. В физической среде мы можем генерировать случайные события, но это невозможно, когда речь идет о компьютерах.

Это происходит потому, что в компьютерах все двоично, т.е. 0 или 1 (истинно или ложно) и ничего промежуточного. Поэтому компьютеры обычно генерируют предсказуемые события и не способны генерировать случайные события.

Вместо этого компьютеры имитируют случайность, что делается с помощью генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) . C++ имеет генератор случайных чисел и может быть использован во многих приложениях.

В этом учебнике мы подробно рассмотрим функции/подходы к генерации случайных чисел на C++.

Генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) на C++

В общем, генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) можно определить как программу, которая берет семя или начальное число и преобразует его в некоторое другое число, отличное от семени, используя математические операции.

Этот процесс выполняется многократно, каждый раз беря последнее сгенерированное число. Каждый раз сгенерированное число не связано с предыдущими числами. Таким образом, эта программа способна генерировать серию чисел, которые кажутся случайными.

Язык C++ поставляется со встроенным генератором псевдослучайных чисел и предоставляет две функции rand () и srand (), которые можно использовать для генерации случайных чисел.

Давайте обсудим эти две функции подробнее.

Функции rand и srand в C++

srand ()

Прототип функции: void srand (unsigned int seed);

Параметры: seed - целочисленное значение, которое будет использоваться в качестве затравки алгоритмом генератора псевдослучайных чисел.

Возвращаемое значение: Нет

Описание: Функция srand используется для инициализации последовательности псевдослучайных чисел с параметром, называемым "случайное зерно". Благодаря этому вывод функции rand выглядит случайным. В противном случае вывод функции rand () будет одинаковым при каждом ее вызове.

Таким образом, если мы запустим генератор случайных чисел с помощью функции srand (), он запустит генератор с точки, которая зависит от значения аргумента, переданного srand. Если мы установим генератор случайных чисел с системным временем Например, до первого вызова функции rand (), то она будет генерировать случайные числа каждый раз, когда мы запускаем программу.

Обратите внимание, что обычно нам нужно вызывать функцию srand () только один раз перед вызовом функции rand (), а не каждый раз, когда мы генерируем случайные числа.

rand ()

Прототип функции: int rand (void);

Параметры: нет

Возвращаемое значение: Целое значение в диапазоне от 0 до RAND_MAX.

Описание: Функция rand () генерирует следующее случайное число в последовательности. Генерируемое число является псевдослучайным целым числом между 0 и RAND_MAX. RAND_MAX - это константа в заголовке, обычно устанавливаемая в значение 32767. 

 #include #include #include int main() { std::srand(static_cast(std::time(nullptr))); for (int count=1; count <= 100; ++count) { std::cout <<std::rand() <<"\t"; // выводим 5 случайных чисел в строке if (count % 5 == 0) std::cout <<"\n"; } return 0; }

Выход:

В приведенной выше программе мы сгенерировали первые 100 случайных чисел, задав системные часы в качестве затравки для функции srand. В этой программе мы использовали как функции srand, так и rand. Обратите внимание, что из-за использования системных часов в качестве затравки, генерируемый результат будет отличаться каждый раз, когда мы выполняем программу.

Разница между rand () и srand ()

rand() srand()
Используется для генерации случайных чисел. Задает ГПСЧ, используемый функцией rand ().
Вызывается столько раз, сколько нужно для генерации случайных чисел. Позвонил только один раз, чтобы увидеть генератор случайных чисел.
Не принимает никаких аргументов. Принимает параметр, который используется для засева генератора случайных чисел.
Возвращает последовательность случайных чисел при каждом вызове. Не возвращает значение.

C++ Random Float

Функция rand (), которую мы видели выше, по умолчанию возвращает целочисленное значение, что может привести к переполнению в некоторых случаях. Таким образом, мы можем использовать значения float или double. Мы можем генерировать случайные числа float, приведя возвращаемое значение функции rand () к 'float'.

Таким образом, следующее действие сгенерирует случайное число в диапазоне от 0,0 до 1,0 (оба включительно). 

 cout< 
 Аналогично, приведенная ниже строка сгенерирует случайное число в диапазоне от 1,2 до 3,4 
 cout<<1.2 + static_cast (rand()) / ( static_cast (RAND_MAX/(3.4-1.2)))); 
 В нашем последующем примере мы используем случайный поток для генерации вывода. 
 C++ Случайное число между 0 и 1 
 Мы можем использовать функции srand () и rand () для генерации случайных чисел от 0 до 1. Обратите внимание, что мы должны привести вывод функции rand () к десятичному значению либо float, либо double. 
 Возвращаемое по умолчанию значение функции rand (), т.е. целое число, не подходит для отображения случайных чисел от 0 до 1, которые являются дробями. 
 Приведенная ниже программа на C++ выводит на экран первые пять случайных чисел от 0 до 1. 
 #include #include using namespace std; int main() { cout<<"Random numbers generated between 0 and 1:"< ="" ="" cout="" endl;="" for="" i="" i++)="" null="" pre="" rand()="" rand_max="" return="" srand(="" {="" }="" }="">
 Выход  : 
 Мы видим, что на выходе программы получается случайное число от 0 до 1, которое является дробью. 
 Если не привести возвращаемое значение функции rand () к float или double, то в качестве случайного числа мы получим 0. 
 C++ Случайное число от 1 до 10 
 Следующий пример - генерация случайных чисел от 1 до 10. Ниже приведена программа на C++, которая генерирует случайные числа. 
 Мы вызываем функцию srand с системными часами, а затем вызываем функцию rand с операторами модуля 10. 
 #include #include #include using namespace std; int main() { srand(time(0)); // Инициализация генератора случайных чисел. cout<<"Random numbers generated between 1 to 10:"< ="" cout="" for(int="" i="0;i10;i++)" pre="" return="" }="">
 Выход: 
 В приведенной выше программе мы генерируем первые 10 случайных чисел от 1 до 10. Обратите внимание, что при каждом запуске программы она будет генерировать разные наборы чисел, поскольку вызывается функция srand. 
 Часто задаваемые вопросы 
 Вопрос #1) Каков заголовочный файл для функции Random в C++? 
 Ответ:  Функции для генерации случайных чисел, rand и srand, определены в <  cstdlib  > заголовок C++. 
 Вопрос #2) Что такое Rand_max в C++? 
 Ответ: RAND_MAX  это константа в заголовке, обычно устанавливаемая в значение 32767. Генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) генерирует случайные числа в диапазоне от 0 до RAND_MAX. 
 Q #3) Как работает случайная функция? 
 Ответ:  C++ поддерживает две случайные функции, т.е.  srand () и rand ().  Функция srand () засевает генератор случайных чисел, используемый функцией rand (), которая генерирует последовательность случайных чисел в зависимости от предоставленной начальной затравки. 
 Q #4) Как вы управляете временем? 
 Ответ:  Функция srand засевает генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ), используемый функцией rand (). Стандартной практикой является использование результата вызова time (0) в качестве seed. Эта функция time возвращает значение - количество секунд с 00:00 часов 1 января 1970 года по UTC (текущая временная метка UNIX). 
 Таким образом, значение seed меняется каждую секунду. Следовательно, каждый раз, когда srand вызывается с функцией time, генерируется новый набор случайных чисел. 
 Заключение 
 В этом учебнике мы подробно рассмотрели генерацию случайных чисел. Языки программирования и компьютеры в целом не генерируют случайные числа, поскольку они предназначены для получения прогнозируемого результата. Следовательно, нам необходимо имитировать случайность. 
 Для имитации случайности мы используем генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ), который встроен в C++. Таким образом, используя две функции, rand () и srand (), мы можем генерировать случайные числа на C++. 
 Функция srand () используется для предоставления затравки для генерации случайных чисел, а функция rand () генерирует следующее случайное число в последовательности.
Прокрутить вверх