C++可预测Rand(）输出

C++ Predictable Rand() Output

本文关键字：输出 Rand C++      更新时间：2023-10-16

注意到rand（）函数每次产生相同的输出41后，我使用srand（time（0））为生成器播种。这解决了重复输出的问题，但现在它给了我不断增加的数字。（即245248250253255256）。我可以理解，由于系统时间的影响，它正在增加，但这正常吗？

这是我的程序：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
    int number;
    srand(time(0));
    cout << rand() % 1000;
    return 0;
}

我在重复运行，而不是循环运行。多项试验的结果：285295305311325334344354355

MS的C++rand()使用最简单的随机生成器线性同余生成器

这是它的代码：

int __cdecl rand (
    void
    )
{
    _ptiddata ptd = _getptd();
    return( ((ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L
        + 2531011L) >> 16) & 0x7fff );
}

因此，每当你为函数播种时，你只需设置第一个值（如果你快速运行程序，它显然会不时增加一些单位）

现在，如果你在rand()的数学方程中插入一个值x+a，其中x是上次调用函数的值，a是调用后时间的变化，你会注意到：（（x+a）*214013+2531011）>>16=（x*214013+531011+a*214013）>>16

因为你的程序运行得很快。你的a在0和5秒之间变化。那么你的a*214013现在有一个最大值1070065，当你把这个数字右移16位时，你得到的是十进制的16，这是大约你的新输出与上一个输出的差异有多大（我说大约是因为你不能说（x*214013+2531011+a*214013>>16=（x*2140013+2531013>>16）+（a*214012>>16，因为进位）

这个错误大约每周出现一次：

如果每次在调用rand（）之前都调用srand()，那么您根本不会得到随机数，而是得到了一个时间的散列函数。在循环外调用srand()一次，AND ONLY一次，最好是在程序刚开始时，然后根据需要多次调用rand()以获取值。

不存在生成"一个随机数"这回事。如果在一系列程序调用中需要随机数，那么您别无选择，只能在程序之外生成这些随机数。一种方法是读取/dev/urandom（在Linux上）或使用CryptGenRandom（在Windows上）。另一种选择是使用硬件或类似random.org的服务。

不管你有多好的生成器——如果你为每个调用设定种子，你不会得到随机数，你会得到种子值的哈希函数。如果你的种子值变化足够快，并且哈希函数非常好，那可能就足够了——但它仍然没有使用RNG算法。

我不知道为什么你会得到这些结果，但在C++11:中有更好的方法

#include <random>
#include <iostream>
int main()
{
    auto rnd = std::default_random_engine(std::random_device{}());
    std::uniform_int_distribution<> dis(1, 999);
    std::cout << dis(rnd) << 'n';
}

rand在运行库中被实现为线性同余生成器，其形式为：

result = (seed * result + offset) % big_number

如果我们认为big_number是无穷大的，并且您在时间t运行程序，则会得到

result = t * result + offset

如果你在很短的时间后再次运行程序alpha，你会得到

result = (t + alpha)* result + offset

如果运行库用一个小值初始化结果，则显示的结果将随着alpha * result的小值而增加。

用更高分辨率的计数器取代time()将大大改善这一点。例如，在x86上，rdtcs指令（通常作为编译器内部指令）几乎可以解决这个问题。

一个更好的解决方案是使用一个非线性同余生成器来种子rand()，就像Jesse Good建议的那样，它也可以通过boost库在非c++11编译器上使用。

在可能的情况下，最好使用c++11随机生成器，而不是c rand。

rand的工作方式需要遵循两条规则：

  1. 你必须先播种（srand）
  2. 您不希望在每次呼叫rand之前为其播种。你只需要在你的整个序列之前播种一次

因此，要真正测试它，你的代码应该更像这样：

int main()
{
    srand(time(0));
    // Output a sequence of 100 random numbers, each less than 1000
    for ( int i = 0; i < 100; i++ )    
        cout << rand() % 1000 << endl;
    return 0;
}

如果程序必须每次运行仅输出一个随机数，并且程序运行频率为每秒一次或更多，则time(0)可能不是合适的种子。也许使用clock_gettime(3)，它会在几毫秒内给你更多的东西。

我最近遇到了同样的问题，发现Karoly Horvath对你最初问题的评论解决了这个问题，尽管它有点"黑客"。我看到返回值有一个可预测的增长，在srand()之后立即粘贴另一个rand()后，问题就消失了。我最终得到了这个：

srand(time(NULL));
rand();
int seed = rand();

我想弄清楚为什么会发生这种情况。。。但与此同时，这是有效的。

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