c语言中的随机函数分析与生成m个不重复随机数算法比较

1、c语言中的随机函数分析与生成m个不重复随机数算法比较（转）C+&STL2008-12-1918:04:45阅读134评论0字号：大中小订阅一说起随机函数，恐怕又有人说这是老生长谈了一般很多人都形成了自己的固定格式，因为随机数用处比较大，用的时候比较多，拿过来就用了。但是新手不这么干，他们总是抱有疑惑，我就是一个新手，而且较菜为了让跟我一样的菜鸟看明白，我会尽量的说得让高手们不屑一顾（：由于可能内容太多可能会分篇，大家见谅人计算机的好处是精确，所以它不擅长模拟信号，但它的缺点也是如此。于是在一些模拟问题上计算机遇到麻烦了比如所随机数，因为函数嘛，总会是确定的，确定的算法就会生成确定的结果。各种编

2、程语言返回的随机数（确切地说是伪随机数）实际上都是根据递推公式计算的一组数值，当序列足够长，这组数值近似满足均匀分布。c的标准函数库提供一随机数生成器rand（定义在stdlib.h）,能返回0RAND_MAX之间均匀分布的伪随机整数（RAND_MAX至少为32767,一般都默认为32767）。例如：#include#includevoidmain（）for（inti=0;i10;i+）printf（%dn,rand（）;如果我们是第一次运行，而且对其不太清楚，那么它生成的基本上算是0RAND_MAX之间的等概率随机数列了。但是如果你第二次运行的时候会发现输出结果仍和第一次一样。：（原来ran

3、d（）生成伪随机数时需要一个种子（计算伪随机序列的初始数值）才行，如果种子相同就会得到相同的序列结果（这就是函数的好处T-T）。这个“优点”被有的软件利用于加密和解密。加密时，可以用某个种子数生成一个伪随机序列并对数据进行处理；解密时，再利用种子数生成一个伪随机序列并对加密数据进行还原。这样，对于不知道种子数的人要想解密就需要多费些事了。当然，这种完全相同的序列对于你来说是非常糟糕的。要解决这个问题，需要在每次产生随机序列前，先指定不同的种子，这样计算出来的随机序列就不会完全相同了。srand（）用来设置rand（）产生随机数时的随机数种子。在调用rand（）函数产生随机数前，必须先利用sra

4、nd（）设好随机数种子（seed）,如果未设随机数种子，rand（）在调用时会自动设随机数种子为1（有人说默认是0，困惑中）。上面的两个例子就是因为没有设置随机数种子，每次随机数种子都自动设成相同值1，进而导致rand（）所产生的随机数值都一样。（可能有人知道C语言中的随机函数random，可是random函数并不是ANSIC标准，所以说，random函数不能在gcc,vc等编译器下编译通过。我们可以自己编一个A0A）我们需要使程序每一次使用的种子都不一样，现在主要问题是种子srand的选择是不是接近随机（不存在完全随机），你也可以人为指定种子数。Windows9x/NT的游戏FreeCell

5、就允许用户指定种子数，这样用户如果一次游戏没有成功，下次还可以以同样的发牌结果再玩一次。但我们还是喜欢系统自动生成最简单的方法就是利用系统时间了（几乎所有的人都这么做），因为时间的数值随时间变化而变化，运行两次，一般不会出现前一次和后一次相同的局面，time（NULL）会返回一个表示当前系统时间的整数（它在time.h中，据说time（）函数求出来的是自1970年1月1日到现在的秒数，有的说是unix元年，不知道这两个是不是一天：（，另外有的嫌麻烦会写作time（0）。我们这么来写：#include#include#includevoidmain()srand(int)time(0);for(

6、intx=0;x10;x+)printf(%dn,(rand();据说如果软件一直开两天，种子会有1/(60*60*24)个可能会重复，虽说这对于一般人已经绝对足够了，但纵然人不舒服，于是我在网上开到有这么写的：#include#include#include#includevoidmain(void)inti;unsignedintseedVal;structtimebtimeBuf;ftime(&timeBuf);seedVal=(unsignedint)timeBuf.time&0 xFFFF)+(unsignedint)timeBlitm)A(unsignedint)tim

7、eBlitm);srand(unsignedint)seedVal);for(i=0;i10;+i)printf(%6dn,rand();(下面是关于它的解释，但我也不是太明白，引用过来大家分析一下)“上面的程序先是调用_ftime()来检查当前时间，并把它的值存入结构成员timeBuf.time中，当前时间的值从1970年1月1日开始以秒计算。在调用了_ftime()之后，在结构timeBuf的成员millitm中还存入了当前那一秒已经度过的毫秒数，但在DOS中这个数字实际上是以百分之一秒来计算的。然后，把毫秒数和秒数相加，再和毫秒数进行异或运算。当然也可以对这两个结构成员进行更

8、多的计算，以控制seedVal的取值范围，并进一步加强它的随机性，但上例用的逻辑运算就已经足够了。”看下面代码：voidmain()for(inti=0;i100000;i+)srand(unsigned)time(NULL);printf(%dn,rand();为什么总是生成一个数？因为此程序产生一个随机数之前，都调用一次srand,而由于计算机运行很快，所以每用time得到的时间都是一样的(time的时间精度较低，只有55ms)。这样相当于使用同一个种子产生随机序列，所以产生的随机数总是相同的。把srand放在循环外看看：srand(unsigned)time(NULL);for(inti

9、=0;i100000;i+)问题解决了：)既然生成的是0RAND_MAX之间均匀分布的随机整数(我们姑且把以上方法生成的是理想的随机数吧)，那么要生成0-x之间(包括0不包括x)的随机数就把rand()改成rand()/(double)RAND_MAX*x，要生成x-y之间(包括x不包括y)的就是rand()/(double)RAND_MAX*(y-x)+x了。但是如果要生0-10之间的整数很多人会这么写：#include#include#includevoidmain()srand(int)time(0);for(intx=0;x10;x+)printf(%dn,(rand()%10);x-

10、y的就是rand()%(y-x)+x?懂一点概率的就知道这样写，会使得到的数列分布不均的，但是大家确实都喜欢这么写因为在x的值比较小，RAND_MAX相对较大，而生成的数列有不算太大，又是用来解决精确度要求不高的问题(如一些游戏目标，传说游戏中踩地雷式的遇敌就是用rand()实现的.当主角在地图上走的时候动不动冒出三两小兵挑衅兼找死.它的实现方式是设主角所立位置为0，主角每走一步，变量加1，当变量=随机取得的数时，小兵出现)，这样写足够了下面再讨论生成m个小于n的不重复随机数的算法本人认为算法结构很重要，但语句结构也很重要，所以我喜欢一个算法给出多个语句结构最容易想到的傻瓜算法，逐个产生这些随

11、机数，每产生一个，都跟前面的随机数比较，如果重复，就重新产生：算法一(1)srand(unsigned)time(NULL);for(j=0;jm;j+)a:aj=rand()%n;for(i=0;ij;i+)if(ai=aj)gotoa;很早的时候学编程都喜欢用goto语句，因为过去算法是用流程图表示的，用goto可以直接转译，而且循环语句发展不完善，仅仅是作为条件分支的一个补充，如果条件分支箭头向上就是一个循环，而且goto可以实现过去循环所不能实现的结构，形成很巧妙的循环交叉。所以过去一般认为有两种结构，顺序和分支，循环是分支的特殊情况。但是break和continue语句使这些结构实现

12、成为可能，后来发现goto的使用会造成维护和调试的许多麻烦，所以循环逐渐代替了goto,使程序更有层次。现在编程不建议用goto了，如果用goto还会被认为编程修养不好言归正题，把它的goto去掉：算法一(2)srand(unsigned)time(NULL);j=0;while(jm)aj=rand()%n;for(i=0;ij;i+)if(ai=aj)break;if(ij)continue;j+但是后来都建议用for循环，这样可以使循环条件跟紧凑：算法一(3)srand(unsigned)time(NULL);for(j=0;jm;j+)aj=rand()%n;for(i=0;ij;i+

13、)if(ai=aj)i=-1;aj=rand()%n;但这是个很笨的方法，且比较次数呈线性增长，越往后次数越多另一个想法是生成一个就把它从中去掉，就可以实现不重复了：算法二(1)for(i=0;in;i+)ai=i+1;for(i=0;im;i+)j=rand()%(n-i);bi=aj;for(k=j;kn-i-2;k+)ak=ak+1;b是生成的随机数列这样做也太麻烦了，生成的直接做个标记不就行了？算法三(1-1)i=rand()%m;ai=1;b0=i;for(j=1;jm;j+)for(i=rand()%m;ai=1;i=rand()%m);bj=i;ai=1;写紧凑一些吧，直接：算法

14、三(1-2)for(j=0;jm;j+)for(i=rand()%m;ai=1;i=rand()%m);bj=i;ai=1;但是我看到了更简洁的：intn=某值；intan=0；for(i=1;i=n;i+)while(ax=rand()%n);ax=i;这个无循环体的while保证am是初始化的0状态。这生成了n个，我们只取m个，这太浪费了，结合一下：intn=某值，m=某值；intan=0,bmfor(i=1;i=n;i+)while(ax=rand()%n);bi=x;ax=1;但是总叫人不舒服，对这种算法谁有更好的写法呢？这种算法越到后面，遇到已使用过的元素的可能性越高，重复次数就越多，但是当m较小时还是很好的：)这都不太让人满意么？看看下面这个：算法四(1)for(i=0;i0;i-)w=rand()%i;t=ai;ai=aw;aw=t;这个算法很不错，有人会怀疑其随机性，但个人认为是没问题的，首先第二行按顺序用0到n填满整个数组；第三行，是随机产生从0到n-2个数组下标，把这个下标的元素值跟n-1下标的元素值交换，一直进行到下标为1的元素。因此它只需要遍历一次就能产生全部的随机数。但这样会生成n个小于n的随机数，我们只要m个，再加两句：for(i=0;im;i+)bi=ai;