rand函数的实现原理

rand函数的实现原理

rand函数产生的是伪随机数,也就是说它不是一个真实的随机数。

那么伪随机数是怎么实现的呢?原理大概如下:

如果约定: a1=f(seed),an+1=f(an) 那你可以行到一个序列: a1,a2,a3...an ,那么要制作一个伪随机函数rand,只需要让它每调用一次就返回序列的下一个元素就行。

就相当于第1次调用rand返回 a1 ,第2次返回 a2 ,…,第n次返回 an ,这样每次调rand都能拿到一个不同的数,只要整个序列的规律不明显,整个函数看起来就是随机的。

现在计算机上的rand函数都是用这样的原理实现的,这里的seed被称为“随机数种子”。

但这里有一个问题,如果seed不变,那我们每次调用rand函数获取的序列都是相同的。这就会造成有的程序跑一遍退出后,再重新跑一遍,两次的输出结果是相同的。所以我们还需要一个接口去设置seed值,这个接口就是srand函数。

linux下的rand是用类似下面的代码实现的:

static unsigned long next = 1;

/* RAND_MAX assumed to be 32767 */
int myrand(void) {
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return((unsigned)(next/65536) % 32768);
}

void mysrand(unsigned seed) {
    next = seed;
}

myrandmysrand分别对应randsrand,但实际的rand实现会复杂一些。

使用rand函数的一个问题

有些人使用rand函数时,因为初始化时没有调用srand会造成程序每次运行输出结果都相同:http://ask.youkuaiyun.com/questions/174871

如果你没有调用srand设置随机数种子,seed的默认值会是0,而seed为0时所决定的序列是固定的,而第一次调用rand()就是返回这个固定序列里的第1个元素,那它的值也是固定的,自然你的程序每次输出都一样了。

所以正确的写法应该是程序初始化时用srand设置不同的随机数种子(只需要设置一次),例如srand(time(NULL)),但要注意,time(NULL)的值是隔1秒才改变一次的,必要情况下可以考虑使用精度更高的时间函数,如gettimeofday

下面这段程序,只要你不是在同一秒内执行两次,每次输出结果都是不一样的:

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

int main()
{
    srand(time(NULL));     // 设置随机数种子 
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%u\n", rand());
    }
    getchar();
    return 0;
}
rand函数是C语言标准库中的一个伪随机数生成函数,其底层原理主要基于线性同余生成器(Linear Congruential Generator, LCG)。LCG是一种简单且常用的伪随机数生成算法,其基本公式如下: \[ X_{n+1} = (aX_n + c) \mod m \] 其中: - \( X \) 是生成的随机数序列。 - \( a \) 是乘数。 - \( c \) 是增量。 - \( m \) 是模数。 - \( X_0 \) 是初始值,通常称为种子(seed)。 rand函数实现通常依赖于这些参数的选取。不同的参数组合会影响生成随机数的质量和周期。以下是rand函数的一些关键点: 1. **种子(Seed)**:rand函数通常需要一个初始种子来开始生成随机数序列。种子可以通过srand函数来设置。如果不显式设置种子,rand函数通常会使用默认的种子值。 2. **线性同余生成器(LCG)**:rand函数内部使用LCG来生成随机数。LCG的优点是实现简单,计算速度快,但缺点是生成的随机数序列可能存在周期性,并且某些情况下可能不够随机。 3. **模数(Modulus)**:模数m决定了随机数序列的最大值。常见的实现中,m通常是一个大素数,这样可以提高生成随机数的质量。 4. **乘数和增量**:乘数a和增量c的选择也会影响随机数的质量。不同的实现可能会选择不同的a和c值。 以下是一个简单的示例代码,展示了如何使用rand函数: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> int main() { // 设置种子 srand(time(NULL)); // 生成随机数 int random_number = rand(); printf("Random number: %d\n", random_number); return 0; } ``` 在这个示例中,srand函数用于设置随机数生成器的种子,time(NULL)返回当前时间作为种子值。rand函数用于生成随机数。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值