c++11 隨機數random

c++11提供的<random>實現了隨機數庫，它經過隨機數引擎類（random_number_engines)產生隨機數序列，隨機數分佈類（random-number distribution)使用隨機數引擎生成服從特定機率分佈的隨機數。

讓咱們看一個簡單的例子：

#include <iostream>
#include <random>

using std::cout; using std::endl;
using std::default_random_engine;

int main()
{
    default_random_engine e;
    for (size_t i = 0; i < 10; ++i) //生成十個隨機數
       cout << e() << endl;
    cout << "Min random:" << e.min() << endl; //輸出該隨機數引擎序列的範圍
    cout << "Max random:" << e.max() << endl;
    return 0;
}

生成的隨機數結果：

在例子中，隨機數類是定義在std命名空間的，因此要聲明。隨機數引擎是函數對象，這就是爲何使用e()去生成隨機數。程序每次運行都會生成相同的隨機數序列，這在必定程度有利於程序的調試，但咱們有時須要每一次運行產生的隨機數序列都是不一樣的。咱們能夠經過設置隨機數引擎的種子來改變引擎的狀態，沒有改變時是使用默認的隨機數種子，這就是爲何每一次都生成一樣的隨機數序列。從結果咱們能夠知道，默認的種子生成隨機數範圍在1-2147483646之間。

#include <iostream>
#include <random>

using std::cout; using std::endl;
using std::default_random_engine;

int main()
{
    default_random_engine e; //或者直接在這裏改變種子 e(10) 
    e.seed(10); //設置新的種子
    for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
       cout << e() << endl;
    cout << "Min random:" << e.min() << endl;
    cout << "Max random:" << e.max() << endl;
    
    return 0;
}

設置新的種子後結果以下：

在結果能夠看出，生成隨機數序列不一樣了。在這裏範圍仍是同樣的，那麼怎麼去改變生成的範圍呢？這時就可使用隨機數分佈類了。

 

#include <iostream>
#include <random>

using std::cout; using std::endl;
using std::default_random_engine;
using std::uniform_int_distribution;
    
int main()
{
    default_random_engine e; 
    uniform_int_distribution<unsigned> u(0, 9); //隨機數分佈對象 
    for (size_t i = 0; i < 10; ++i)  //生成範圍爲0-9的隨機數序列 
       cout << u(e) << " ";
    cout << endl;
    
    return 0;
}

結果以下：

這裏要注意的這個序列也是每次運行程序相同的，由於分佈對象將隨機數引擎做爲它的參數，分佈對象使用它的引擎參數生成隨機數，並將其映射到指定的分佈。

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如今，讓我更深刻一點吧，在圖形上不少時候都要使用0.0-1.0的值（顏色）做爲數據，那麼怎麼生成這樣的序列呢？跟剛纔那樣，咱們可使用分佈區定義範圍。

#include <iostream>
#include <random>

using std::cout; using std::endl;
using std::default_random_engine;
using std::uniform_real_distribution;
    
int main()
{
    default_random_engine e; 
    uniform_real_distribution<double> u(0, 1); //隨機數分佈對象 
    for (size_t i = 0; i < 5; ++i)  //生成範圍爲0.0-1.0的隨機數序列 
       cout << u(e) << " ";
    cout << endl;
    
    return 0;
}

結果：

在這裏分佈類改變了類型，採用的是real實數類型的分佈類，實例化爲<double>，生成0.0-1.0的double隨機數序列。若是你想要得到分佈類範圍的端點，只要簡單的成員函數min()和max()就能夠了。

 

隨機數的重要性質是隨機分佈，可是咱們也能夠生產非均勻分佈的隨機數序列。

下面的例子生成符合正態分佈的隨機數序列：

#include <iostream>
#include <random>
#include <vector>
#include <string>
 
using std::cout; using std::endl;
using std::default_random_engine;
using std::normal_distribution;
using std::vector; using std::string;
    
int main()
{
    default_random_engine e; 
    vector<unsigned> vals(9);
    normal_distribution<> n(4, 1.5); //正態分佈，大部分生成的隨機數落在0-8之間 
    for (size_t i = 0; i != 200; ++i)  
    {  unsigned v = lround(n(e)); //舍入到最近整數 
       if (v < vals.size())
          ++vals[v];        //統計0-8數字出現的次數 
    }
    for (decltype(vals.size()) i = 0; i != vals.size(); ++i) 
       cout << i << ": " << string(vals[i], '#') << endl;

    return 0;
}

結果：

 更多資料可看：C++Primer 5th

或者 ：http://www.cplusplus.com/reference/random/?kw=random