淺析C語言中的隨機數(shù)的應(yīng)用

1、淺析 C+語言中的隨機數(shù)的應(yīng)用摘要：該文針對 C+語言中的隨機數(shù)生成以及使用方 法進行分析和探討， 主要對各種隨機數(shù)的生成算法進行設(shè)計。在 C+中，隨機數(shù)的生成主要通過函數(shù)文件中的ramt ()和srand ()函數(shù)。首先，闡述 rarut ()和 srand ()兩種函數(shù) 共同的使用方法和模式，并分析了各自的缺點，然后以現(xiàn)實 中的問題和實際的題目為例，通過實際編程來闡釋隨機數(shù)生 成函數(shù)的使用方法，實現(xiàn)了不同概率的隨機數(shù)的產(chǎn)生、不連 續(xù)的隨機數(shù)的產(chǎn)生等方法。關(guān)鍵詞：隨機數(shù)；偽隨機數(shù)；種子；隨機數(shù)生成器 中圖分類號：TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-3044 ( 2017) 0

2、8-0098-031 概述經(jīng)過對 C+語言的學(xué)習(xí)， 筆者發(fā)現(xiàn)書中對于隨機函數(shù)的 使用只是一概而過，沒有進行深入的闡釋和聯(lián)想。文獻是到 “其實計算機不會產(chǎn)生絕對隨機的隨機數(shù)，只能產(chǎn)生“偽隨 機數(shù)”。其實絕對隨機的隨機數(shù)只是一種理想的隨機數(shù)， 計 算機只能生成相對的隨機數(shù)，即偽隨機數(shù)。實際上，系統(tǒng)是 將 032767 之間的整數(shù)“隨意”地排成了一個“隨機數(shù)表”， 程序第一次調(diào)用 rand ()函數(shù)是取“隨機數(shù)表”中的第一個， 第二次調(diào)用 rand ()函數(shù)是取“隨機數(shù)表”的第二個，由此 類推。即使我們運行了多次，但都是在同一個系統(tǒng)上，而同 一個系統(tǒng)產(chǎn)生的“隨機數(shù)表”又始終是相同的，因此每一次 運行

3、的結(jié)果都是一樣的。 ”現(xiàn)有文獻大都集中在介紹隨機函 數(shù)的用法，本文從實際應(yīng)用出發(fā)，分析和研究各種不同類型 隨機數(shù)的生成算法，并進行實驗分析。2 隨機數(shù)的生成的原理(C+匡架下)2.1C+中隨機數(shù)的定義C+語言中使用 cstdlib 中的函數(shù) rand ()進行生成，但 生成的只是偽隨機數(shù)。因為 rand ()的內(nèi)部實現(xiàn)是用線性同 余法做成的，生成隨機數(shù)時，需要指定一個種子，用 srand ()來設(shè)置 rand ()產(chǎn)生隨機數(shù)時的隨機數(shù)種子，如果每次 srand ()都設(shè)相同值，rand ()所產(chǎn)生的隨機數(shù)值每次就會 一樣。通?？梢岳?time(0)的返回值或NULL 來當做 seed， 這樣

4、可以輸出不同的隨機數(shù)。2.2 隨機數(shù)隨機重現(xiàn)試驗 線性同余法產(chǎn)生對隨機數(shù)是偽隨機數(shù)，下面進行試驗， 測試具體偽隨機數(shù)的特點。通過圖 1 的實驗結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)當給予相同的隨機數(shù)函 數(shù)種子時，他會輸出相同的數(shù)字，這就是“偽隨機數(shù)”名字 的來歷。為了設(shè)計出不同的隨機函數(shù)，C+引入函數(shù) time (0)(電腦上確切的時間) ，用 time( 0)作為種子，可以實現(xiàn)隨機數(shù)函數(shù)每次的種子都不同，從而產(chǎn)生出不同的隨機數(shù)，讓 數(shù)字的產(chǎn)生更加接近隨機。2.3 驗證偽隨機數(shù)是否足夠隨機的實驗通過圖 2，由此看出 0-9 的各個數(shù)字，當隨機數(shù)數(shù)量足 夠多時，產(chǎn)生概率是近似相同的，因此Fang （）函數(shù)產(chǎn)生的偽隨機數(shù)

5、是可以近似看作隨機數(shù)的。3 隨機數(shù)常見的使用方法3.1 隨機數(shù)小數(shù)（不考慮進位）的產(chǎn)生隨機數(shù)產(chǎn)生器 rand （）是根據(jù)其后%n 中的 n 來確定產(chǎn) 生的數(shù)字的，會產(chǎn)生出所有小于 n 的整形數(shù)字（包括 0），由 于 C+語言中% （取余函數(shù)）只能輸出整數(shù)，所以隨機小數(shù)是 不能直接產(chǎn)生的，必須運用其他方式。從圖 3 可以看出，雖然 rand （）函數(shù)只能輸出整數(shù)，但 通過除法運算，可以輸出小數(shù)，再加上整數(shù)就可以輸出具有 大于 1 的隨機小數(shù)，通過實驗結(jié)果可以證明算法的正確性。3.2 隨機數(shù)小數(shù)（考慮進位）的產(chǎn)生通過對 rand （）函數(shù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)字類型變換從而為浮 點數(shù)創(chuàng)造了可能， /10 可

6、以制造出一位小數(shù)， /100 可以制造 出兩位小數(shù)，如果想隨機輸出 3-5 之間的小數(shù)只需要將 %n 中 的 n 改為大于10 的數(shù)字，通過小數(shù)點進位的方式來進行。 例如：圖 4 這為小數(shù)隨機數(shù)（跨位數(shù)）的生成算法分析：關(guān)于進位，可以看做是大于 1 的小數(shù)和整數(shù)的相 加，通過 rand ()隨機輸出 0-20 的隨機數(shù)，除以 10 后，便 成為隨機輸出 0.0-2.0 之間的隨機小數(shù)， 加上 3 后成為隨機輸 出 3.0-5.0 之間的隨機數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果，這種算法正確。3.3 任意數(shù)的隨機輸出C+中 rand ()只能通過取余函數(shù)來進行模擬，如果要 隨機出特定的隨機數(shù)，譬如1、4、5、9 這

7、四個隨機數(shù)，我們可以通過 if 來進行篩選。分析：隨機數(shù)只能連續(xù)輸出，如果要輸出特定的數(shù)字只 能依靠if 判斷語句，進行隨機數(shù)的篩選，如果是特定的數(shù)字 就輸出，不是就繼續(xù)隨機輸出下一個數(shù)字。通過圖實驗結(jié)果 證明這種算法正確。3.4 不同比例隨機數(shù)輸出 在實際生活中隨機數(shù)的輸出概率并不均等，那么依靠C+語言中，運用 rand()函數(shù)仍可以進行輸出，例如 0、1、2、3、4、 5、 6 這些數(shù)字，而 0、 1 、 2、 3 這三個數(shù)字比其他 數(shù)字更容易輸出 50%。分析：第一 ?for 循環(huán)按等比例輸出隨機數(shù)，第二個 for 循環(huán)通過再次隨機輸出特定相同數(shù)字相同的次數(shù)，通過判斷 語句，只打印比例多出來的數(shù)字，從而使特定數(shù)字多出 50% 的概率輸出，通過實驗結(jié)果，得出這種算法是正確的。3.5 任意 0、 1 串的輸出 在實際編程操作中， 很多時候都要運用 0、1 串的輸出分析：運用 for ()循環(huán)進行具體次數(shù)的輸出使字符串的 輸出更加方便。4 小結(jié) 我們在生活中也會遇到很多有關(guān)隨機數(shù)的問題，如隨機抽獎，隨機點名等等。本文介紹了 C+中隨機數(shù)的使用以及