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浅析C++语言中的随机数的应用

范文

孙灵杰　赵晓东　方欢

摘要：该文针对C++语言中的随机数生成以及使用方法进行分析和探讨，主要对各种随机数的生成算法进行设计。在C++中，随机数的生成主要通过函数文件中的ramt（）和srand（）函数。首先，阐述rarut（）和srand（）两种函数共同的使用方法和模式，并分析了各自的缺点，然后以现实中的问题和实际的题目为例，通过实际编程来阐释随机数生成函数的使用方法，实现了不同概率的随机数的产生、不连续的随机数的产生等方法。

关键词：随机数；伪随机数；种子；随机数生成器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0098-03

1概述

经过对C++语言的学习，笔者发现书中对于随机函数的使用只是一概而过，没有进行深入的阐释和联想。文献是到“其实计算机不会产生绝对随机的随机数，只能产生“伪随机数”。其实绝对随机的随机数只是一种理想的随机数，计算机只能生成相对的随机数，即伪随机数。实际上，系统是将0～32767之间的整数“随意”地排成了一个“随机数表”，程序第一次调用rand（）函数是取“随机数表”中的第一个，第二次调用rand（）函数是取“随机数表”的第二个，由此类推。即使我们运行了多次，但都是在同一个系统上，而同一个系统产生的“随机数表”又始终是相同的，因此每一次运行的结果都是一样的。”现有文献大都集中在介绍随机函数的用法，本文从实际应用出发，分析和研究各种不同类型随机数的生成算法，并进行实验分析。

2随机数的生成的原理（C++框架下）

2.1C++中随机数的定义

C++语言中使用cstdlib中的函数rand（）进行生成，但生成的只是伪随机数。因为rand（）的内部实现是用线性同余法做成的，生成随机数时，需要指定一个种子，用srand（）来设置rand（）产生随机数时的随机数种子，如果每次srand（）都设相同值，rand（）所产生的随机数值每次就会一样。通常可以利用time（0）的返回值或NULL来当做seed，这样可以输出不同的随机数。

2.2随机数随机重现试验

线性同余法产生对随机数是伪随机数，下面进行试验，测试具体伪随机数的特点。

通过图1的实验结果，可以发现当给予相同的随机数函数种子时，他会输出相同的数字，这就是“伪随机数”名字的来历。为了设计出不同的随机函数，C++引入函数time（0）（电脑上确切的时间），用time（0）作为种子，可以实现随机数函数每次的种子都不同，从而产生出不同的随机数，让数字的产生更加接近随机。

2.3验证伪随机数是否足够随机的实验

通过图2，由此看出0-9的各个数字，当随机数数量足够多时，产生概率是近似相同的，因此Fang（）函数产生的伪随机数是可以近似看作随机数的。

3随机数常见的使用方法

3.1随机数小数（不考虑进位）的产生

随机数产生器rand（）是根据其后%n中的n来确定产生的数字的，会产生出所有小于n的整形数字（包括0），由于c++语言中%（取余函数）只能输出整数，所以随机小数是不能直接产生的，必须运用其他方式。

从图3可以看出，虽然rand（）函数只能输出整数，但通过除法运算，可以输出小数，再加上整数就可以输出具有大于1的随机小数，通过实验结果可以证明算法的正确性。

3.2随机数小数（考虑进位）的产生

通过对rand（）函数产生数据的数字类型变换从而为浮点数创造了可能，/10可以制造出一位小数，/100可以制造出两位小数，如果想随机输出3-5之间的小数只需要将%n中的n改为大于10的数字，通过小数点进位的方式来进行。例如：

图4这为小数随机数（跨位数）的生成算法。

分析：关于进位，可以看做是大于1的小数和整数的相加，通过rand（）随机输出0-20的随机数，除以10后，便成为随机输出0.0-2.0之间的随机小数，加上3后成为随机输出3.0-5.0之间的随机数，根据实验结果，这种算法正确。

3.3任意数的随机输出

C++中rand（）只能通过取余函数来进行模拟，如果要随机出特定的随机数，譬如1、4、5、9这四个随机数，我们可以通过if来进行筛选。

分析：随机数只能连续输出，如果要输出特定的数字只能依靠if判断语句，进行随机数的筛选，如果是特定的数字就输出，不是就继续随机输出下一个数字。通过图实验结果证明这种算法正确。

3.4不同比例随机数输出

在实际生活中随机数的输出概率并不均等，那么依靠c++语言中，运用rand（）函数仍可以进行输出，例如0、1、2、3、4、5、6这些数字，而0、1、2、3这三个数字比其他数字更容易输出50%。

分析：第一個for循环按等比例输出随机数，第二个for循环通过再次随机输出特定相同数字相同的次数，通过判断语句，只打印比例多出来的数字，从而使特定数字多出50%的概率输出，通过实验结果，得出这种算法是正确的。

3.5任意0、1串的输出

在实际编程操作中，很多时候都要运用0、1串的输出。

分析：运用for（）循环进行具体次数的输出使字符串的输出更加方便。

4小结

我们在生活中也会遇到很多有关随机数的问题，如随机抽奖，随机点名等等。本文介绍了c++中随机数的使用以及产生带小数的随机数，进位的随机小数，随机输出不连续的数字，输出不同概率的随机数以及一种可以解微积分的方法，对一些实例进行了较为详细的解释，并对结果进行了分析，有助于更好的使用随机数函数，为现实生活中解决随机数函数问题打下现实基础。

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