关于随机数的一点新的小发现

本文介绍了如何提高程序中随机数的生成质量。首先探讨了基本的随机数生成方法及其局限性,随后介绍了利用时间微秒数及Linux系统提供的熵源增强随机性的方法,并提出了结合网络数据进一步提高随机数质量的可能性。

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       在做约瑟夫环的链表题时,用到了随机数,但是输出链表中的随机数,却发现四个节点的随机数一样,遂上网学习,发现了一些新知识。

阶段一:基础

srand(time(0));
n = rand();

首先这个要知道吧,系统中的随机函数是伪随机数,需要一个种子(srand的参数)作为起点,不然输出的随机数次序永远相同。通常的做法是把当前时间作为起点,这样只要时间不同,随机数就不同了。

注:种子选择时,常写成srand( (unsigned)time( NULL ) );而不是上述写法

发现:但在一些小程序中,用time(0)是不行的,因为在一秒钟内,这个种子没变,随机数当然相同(ps:我就错在这里了)

解决方法:

struct timeval t;//存时间的结构体

gettimeofday(&t,NULL);//获得UNIX创始到现在的时间
srand(t.tv_usec);//把时间结构体中的微秒数作为种子


阶段二:进阶

以上方法虽然可行,但是对于随机性要求更高的程序,这样是不够的。

想加强随机性,就要在种子选择上做文章。

linux会维护一些偶然出现的数据,并且为用户提供访问接口,这些数据来源于偶然操作,比如用户鼠标键盘操作,插u盘,输入命令等等,这些数据比那些固定算法得到的伪随机数来说,更接近于真正的随机,它有个很拽的名字叫“熵”,用这些数据作为种子,随机性会大大增加。

这两个设备/dev/random和/dev/urandom区别在于,读取时random肯定会返回一个数,如果没有足够的数据,就会阻塞。而urandom则不会阻塞,但是不保证返回的是合适的数据。

综合之前的时间,两者综合后,随机性更好了。

种子选择如下

struct timeval tv;
int fd;
gettimeofday (&tv, NULL);
ticks = tv.tv_sec + tv.tv_usec;
fd = open ("/dev/urandom", O_RDONLY);
if (fd > 0)
{
      unsigned int r;
      int i;
      read (fd, &r, sizeof (r));
      ticks += r;
 }
close (fd);
srand (ticks);


阶段三:高级

/dev/random中因为与用户操作有关,所以加强随机性,还可以通过联网,把上网接收到的数据和联系起来,因为上网数据也具有不确定性,用户上什么网站接受到什么数据不可提前预知。

但实现,由于能力有限,有兴趣的大神自行研究吧

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