c++ - 制作具有平均值的随机数生成器

Question

我需要制作没有内置函数且平均值不超过0.5的随机数生成器。它必须生成 10000 个数字，最好不要重复。例如下面的 PRNG 代码:

#include <iostream>
using namespace std;

unsigned int Rand()
{
    static unsigned int seed = 5323;
    seed = 8253729 * seed + 2396403;
    return seed  % 32768;
}

int main()
{
    for (int count=1; count <= 10000; ++count)
{
        cout << Rand() << "\t";
        if (count % 10 == 0)
        cout << "\n";
}

    return 0;
}

结果我有 10000 个数字，如果我尝试从第一行计算 10 个数字的平均值，我将不会收到 0.5。例如在第一行我们收到:

31222,24489,32444,25391,6402,11317,10440,6843,3598,3777

平均值为:15592.3。我可以用它做什么来降低这个值？

Answer 1

不要尝试推出自己的 PRNG

如果您获得了密码学学位，或者最终专攻 PRNG 开发，您将在教育或培训中学习必要的技术。尝试在这种情况之外这样做只会给你带来糟糕的结果。

使用<random>图书馆

C++ 的库功能旨在尽可能轻松地解决此类问题。

#include<random>
#include<iostream>

float get_random_value() {
    static std::default_random_engine engine{std::random_device()()};
    static std::uniform_real_distribution<float> distribution{0, 1};
    
    return distribution(engine);
}

int main() {
    for (int count=1; count <= 10000; ++count) {
        std::cout << get_random_value() << "\t";
        if (count % 10 == 0)
            std::cout << "\n";
    }
}

这段代码的组成部分如下所示:

• std::default_random_engine是您的库实现认为适合默认使用的任何 PRNG 的别名。这通常默认为 std::mt19937 ，这是一种称为“Mersenne Twister”的 PRNG。 <random> 引用包含许多您可以考虑的其他引擎。
• std::random_device是从操作系统请求“熵”的库功能。您需要担心的是，它被构造一次，被调用生成一个“种子”，然后被丢弃，不再被使用。如果您不使用它，或者如果您对这个调用返回的值进行硬编码，则每次运行您的程序时，引擎将始终以相同的顺序生成相同的值。
• std::uniform_real_distribution是一个分布。使用为此分布指定的参数，您可以直接指定分布的范围。我们使用了 0和 1因此该分布将返回 0 到 1 之间均匀分布的数字。还有其他可用的分布，您可以在引用资料中找到这些分布。
• 获取值就像在分发对象上调用调用运算符一样简单，使用引擎作为其唯一参数。

此代码将可靠地生成 [0, 1) 范围内的数字，并且以一种惯用的、富有表现力的方式进行。如果您需要不同范围内的统一值，很容易调整此代码来处理它。如果您需要非均匀值(如正态分布)，还有其他分布(如 std::normal_distribution )可以正确处理这种情况。