c++ - 不使用 cstdlib 生成随机数？

Question

这是一个家庭作业问题，但它只是一个更大项目的一小部分。限制之一是我们不得以任何理由使用 STL。

我尝试使用 ctime 和递增修饰符来汇总我自己的 rand() 函数。我认为即使这没有一致的种子，该函数也应该输出半随机数，只要它每秒不超过一次输入相同的修饰符即可。

//notcstdlib.cpp
//<ctime> <cmath>
int rand(int mod)
{
    time_t seed;
    return std::abs(seed * mod);
}

但是这个示例代码

//main.cpp
#include "notcstdlib.h"
#include <iostream>

int main(int argc, char** argv)
{
    int f;
    for(int i = 1; i <= 10; i++)
    {
        f = rand(i);
        std::cout << "random num= " << f << "\n";
        std::cout << "rand % 10 = " << f%10 << "\n";
    }
    return 0;
}

始终返回 7 作为第一个值，每隔一个数字仅返回 0 到 8 之间的偶数。

//Output 1              //Output 2              //Output 3
random num= 134514987 | random num= 134514987 | random num= 134514987
rand % 10 = 7         | rand % 10 = 7         | rand % 10 = 7
random num= 13261304  | random num= 24238584  | random num= 27941368
rand % 10 = 4         | rand % 10 = 4         | rand % 10 = 8
random num= 19891956  | random num= 36357876  | random num= 41912052
rand % 10 = 6         | rand % 10 = 6         | rand % 10 = 2
random num= 26522608  | random num= 48477168  | random num= 55882736
rand % 10 = 8         | rand % 10 = 8         | rand % 10 = 6
random num= 33153260  | random num= 60596460  | random num= 69853420
rand % 10 = 0         | rand % 10 = 0         | rand % 10 = 0
random num= 39783912  | random num= 72715752  | random num= 83824104
rand % 10 = 2         | rand % 10 = 2         | rand % 10 = 4
random num= 46414564  | random num= 84835044  | random num= 97794788
rand % 10 = 4         | rand % 10 = 4         | rand % 10 = 8
random num= 53045216  | random num= 96954336  | random num= 111765472
rand % 10 = 6         | rand % 10 = 6         | rand % 10 = 2
random num= 59675868  | random num= 109073628 | random num= 125736156
rand % 10 = 8         | rand % 10 = 8         | rand % 10 = 6
random num= 66306520  | random num= 121192920 | random num= 139706840
rand % 10 = 0         | rand % 10 = 0         | rand % 10 = 0

显然我遗漏了 rand() 的一些重要方面并且我没有实现它。有没有更好的方法来解决这个问题？

Answer 1

你或许应该问问你的老师是否std::rand()也被排除在外，以及您是否真的需要实现自己的伪随机数生成器。或者更好的是，询问您是否被允许使用 <random>这样你就可以使用C++的Mercene Twister引擎，这是一个非常好的伪随机数生成器。

如果您真的需要自己滚动，最简单的替代 std::rand()是一个LCG(线性同余生成器):

#define MY_RAND_MAX = 2147483647
static unsigned long my_rand_state = 1;

void my_srand(unsigned long seed)
{
    my_rand_state = seed;
}

long my_rand()
{
    my_rand_state = (my_rand_state * 1103515245 + 12345) % 2147483648;
    return my_rand_state;
}

然后您可以使用 my_srand() , my_rand()和 MY_RAND_MAX就像你一样std::srand() , std::rand()和 RAND_MAX分别是:

// Seed it with the current time.
my_srand(std::time(nullptr));

// Print 1000 random numbers between 0 and MY_RAND_MAX.
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
    std::cout << my_rand() << ' ';
}
std::cout << '\n';

这会生成低质量的随机数(它们的分布很差。)请注意 std::rand()也有不好的分布。如果你想要高质量的随机数(意味着良好的分布)，你应该使用 C++ <random>算法，使用 std::mt19937 engine(就是Mercene Twister算法，分布很好，周期很大。)

一般来说，避开rand()即可.参见 Stephan T. Lavavej's 30min talk "rand() Considered Harmful" ，任何仍在使用 rand() 的人都必须注意在他们的代码中。