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C++生成随机浮点数的示例代码

2024-04-02 19:04:59 554人浏览 八月长安
摘要

目录前言rand生成随机数问题出现初步解决最终方法生成等概率随机数生成随机整数生成随机浮点数生成非均匀分布随机数正态分布随机数二项分布的布尔值前言 在c++11之前,我们通常采用ra

前言

c++11之前,我们通常采用rand函数来生成随机数。

但rand函数对一些情况显得难以处理:

  • 不同范围的随机数
  • 需要随机浮点数
  • 需要非均匀分布的随机数

rand生成随机数

问题出现

场景描述:

想生成一组整形随机数,放入数组中,用来测试自己的排序是否正确。

于是我写出了下方代码,生成随机数。

先简单了解下用到的函数:

//返回time_t类型的 当前时间的时间戳
time_t time (time_t* timer);

//传入一个种子,为伪随机数生成器初始化
void srand (unsigned int seed);

//得到一个整形伪随机数
int rand (void);
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        srand((unsigned int)time(NULL));
        //两个相减是为了出现负的随机数,使测试范围更广
        arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);
        
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    
    return 0;
}

我发现尽管我调用了srand函数,可生成的数组值还是同一个。

我思考后想到,因为for循环执行速度太快,整个程序都是在一秒内完成的。

所以出现了都是同一个值的情况。

初步解决

于是我想出了下面的解决方法:

我可以在for循环内调用Sleep函数,让我的电脑休眠一下,这样就不会出现上述情况了。

于是我写出了下方的代码:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>


int main()
{
    int arr[10] = { 0 };

    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        Sleep(1000);
        srand((unsigned int)time(NULL));
        arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);

        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

通过休眠后,就成功解决问题了。

可是,

如果睡眠时间太短,那么还是会出现重复的现象;

如果睡眠时间太长,程序运行速度就太慢。

最终方法

因为上述的原因,我继续查询资料,了解了rand和srand的基本原理,最终成功解决了该问题。

给srand函数传入一个数值后,srand会根据这个生成一个随机序列表(通常有4,294,967,296个数),传入相同的数生成的序列表是相同的。然后rand从序列的头部取出一个数返回,然后将这个数放在随机序列表尾部,因此如果你要取的数据量非常大,是会出现与之前取出的数重复的情况。

此时,上面出现的问题也很好解决了。因为计算机运行速度很快,所以我们每次进入循环都会生成一个相同的随机序列表,rand函数只会取出其第一个数。

要解决这个问题,我们只需要在循环前调用一次srand函数就好了,这样就不会重复生成序列表了。

下方是最终形式的代码:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };

    srand((unsigned int)time(NULL));
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
        arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);

        printf("%d ", arr[i]);
    }

    return 0;
}

下文将使用C++11定义在头文件random中的随机数库通过一组协作的类来解决这些问题:随机数引擎类随机数分布类

  • 一个引擎类可以生成unsigned随机数序列
  • 一个分布类使用一个引擎类生成指定类型的、在给定范围内的、服从特定概率分布的随机数

生成等概率随机数

生成随机整数

unifORM_int_distribution:产生均匀分布的整数

template <class IntType = int> 
class uniform_int_distribution;

// IntType
// An integer type. Aliased as member type result_type.
// By default, this is int.
#include <iOStream>
#include <random>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    //产生[1, 100]左闭右闭区间的随机整数
	uniform_int_distribution<int> u(1, 100);
	default_random_engine e;
    //为随机数引擎设置随机种子,若不设置每次生成的随机数相同(可以创建时设置)
    //类似srand的用法,相同的种子生成的随机数相同
    //default_random_engine e(time(NULL));
    e.seed(time(NULL));

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
	{
		cout << u(e) << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

生成随机浮点数

uniform_real_distribution:产生均匀分布的实数

template <class RealType = double> 
class uniform_real_distribution;

// RealType
// A floating-point type. Aliased as member type result_type.
// By default, this is double.
#include <iostream>
#include <random>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    //生成[-1, 1]范围随机浮点数
    //模板参数只能是浮点类型(float,double, long double)
	uniform_real_distribution<double> u(-1, 1);
    default_random_engine e(time(NULL));

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
	{
		cout << u(e) << " ";
	}
	cout << endl;
    
	return 0;
}

生成非均匀分布随机数

正态分布随机数

template <class RealType = double> 
class normal_distribution;
#include <iostream>
#include <random>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    //生成符合均值为10,标准差为2的随机数
	normal_distribution<double> u(10, 2);
    default_random_engine e(time(NULL));
    
	for (size_t i = 1; i <= 100; ++i)
	{
		printf("%-9.6lf ", u(e));
		if (i % 10 == 0)
		{
			cout << endl;
		}
	}
    cout << endl;

	return 0;
}

二项分布的布尔值

class bernoulli_distribution;
#include <iostream>
#include <random>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
	// 生成1的概率为0.7
	bernoulli_distribution u(0.7); 
    default_random_engine e(time(NULL));

	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << u(e) << " ";
	}
    cout << endl;

	return 0;
}

以上就是C++生成随机浮点数的示例代码的详细内容,更多关于C++随机浮点数的资料请关注编程网其它相关文章!

--结束END--

本文标题: C++生成随机浮点数的示例代码

本文链接: https://www.lsjlt.com/news/146012.html(转载时请注明来源链接)

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