#include ＜random＞

C++ 标准库中的 <random> 头文件提供了一组用于生成随机数的工具，涵盖了从简单的均匀分布到复杂的离散分布，为需要随机数的应用程序提供了广泛的选择。这些工具对于模拟、游戏开发、加密算法等领域非常有用。

<random> 不仅支持生成伪随机数，还支持种子控制、各种概率分布等，使得开发者可以灵活地生成符合特定需求的随机数序列。

// <random> -*- C++ -*-

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//
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// software; you can redistribute it and/or modify it under the
// terms of the GNU General Public License as published by the
// Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
// any later version.

// This library is distributed in the hope that it will be useful,
// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
// GNU General Public License for more details.

// Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
// permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
// 3.1, as published by the Free Software Foundation.

// You should have received a copy of the GNU General Public License and
// a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
// see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
// <http://www.gnu.org/licenses/>.

/** @file include/random
 *  This is a Standard C++ Library header.
 */

#ifndef _GLIBCXX_RANDOM
#define _GLIBCXX_RANDOM 1

#pragma GCC system_header

#if __cplusplus < 201103L
# include <bits/c++0x_warning.h>
#else

#include <cmath>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <iosfwd>
#include <limits>
#include <debug/debug.h>
#include <type_traits>

#ifdef _GLIBCXX_USE_C99_STDINT_TR1

#include <cstdint> // For uint_fast32_t, uint_fast64_t, uint_least32_t
#include <bits/random.h>
#include <bits/opt_random.h>
#include <bits/random.tcc>

#endif // _GLIBCXX_USE_C99_STDINT_TR1

#endif // C++11

#endif // _GLIBCXX_RANDOM

<random> 库由以下三个主要组件构成：

1. 随机数引擎：生成伪随机数的核心，用于控制生成过程的可重复性和随机性。
2. 随机数分布：控制生成的数值遵循的概率分布类型。
3. 随机数适配器：允许调整引擎行为，如 discard_block 等适配器。

在 C++ 中，随机数生成器（Random Number Generator, RNG）可以分为两大类：

• 伪随机数生成器：它们使用确定性算法生成看似随机的数列。这些数列在理论上是可预测的，但通常对于大多数应用来说足够随机。
• 真随机数生成器：它们基于物理过程（如热噪声、放射性衰变等）生成随机数，但 C++ 标准库不直接提供这类生成器。

常用随机数引擎

引擎	描述
std::default_random_engine	默认随机数引擎，实现依赖于具体编译器。
std::minstd_rand	线性同余引擎，产生均匀的伪随机数序列。
std::mt19937	梅森旋转算法，适合通用随机数生成。
std::mt19937_64	64 位的梅森旋转算法。
std::ranlux24_base	简化的减法进位引擎，用于高质量生成。
std::knuth_b	Knuth shuffle 随机数生成器。

常用引擎如 std::mt19937 因为生成速度快且生成质量高，是普遍推荐的随机数生成引擎。生成器还可以使用 seed() 方法指定种子，便于生成可重复的伪随机序列。

随机数分布类型

1、均匀分布

分布	描述
std::uniform_int_distribution	生成在某个整数范围内的均匀分布。
std::uniform_real_distribution	生成在某个浮点数范围内的均匀分布。

std::mt19937 gen(seed);
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 100); // 生成 1 到 100 间的整数
int random_int = dist(gen);

2、正态分布

分布	描述
std::normal_distribution	标准正态分布，中心对称，常用于模拟自然现象。
std::lognormal_distribution	对数正态分布。

std::mt19937 gen(seed);
std::normal_distribution<> dist(0, 1); // 平均值为0，标准差为1
double random_normal = dist(gen);

3、离散分布

分布	描述
std::discrete_distribution	生成的随机数为一组特定概率的整数。
std::bernoulli_distribution	伯努利分布，只生成 true 或 false。
std::binomial_distribution	二项分布。

std::mt19937 gen(seed);
std::discrete_distribution<int> dist({40, 10, 50}); // 概率为40%、10%、50%
int random_discrete = dist(gen);

语法

使用 <random> 库的基本步骤如下：

• 包含头文件 <random>。
• 创建一个随机数生成器对象。
• 使用分布类生成随机数。