1.首先,需要明确的是,rand函数生产的是一种伪随机数,是依托于种子(seed)产生的一组伪随机数,如果你不去改变种子,每次随机出来的东西都是一样的数列。
以下是一个较为完整的解释:各种编程语言返回的随机数(确切地说是伪随机数)实际上都是根据递推公式计算的一组数值,当序列足够长,这组数值近似满足均匀分布。如果计算伪随机序列的初始数值(称为种子)相同,则计算出来的伪随机序列就是完全相同的。这个特性被有的软件利用于加密和解密。加密时,可以用某个种子数生成一个伪随机序列并对数据进行处理;解密时,再利用种子数生成一个伪随机序列并对加密数据进行还原。这样,对于不知道种子数的人要想解密就需要多费些事了。当然,这种完全相同的序列对于你来说是非常糟糕的。要解决这个问题,需要在每次产生随机序列前,先指定不同的种子,这样计算出来的随机序列就不会完全相同了。你可以在调用rand()函数之前调用srand( (unsigned)time( NULL ) ),这样以time函数值(即当前时间)作为种子数,因为两次调用rand函数的时间通常是不同的,这样就可以保证随机性了。你也可以使用srand函数来人为指定种子数。
2.rand()产生的是一个由0~RAND_MAX的int随机数,rand()%100;产生0-99的随机数,假如要产生a-b之间的数,我们可以这样写:rand()%(b-a+1)+a。
3.介绍一个很酷的产生不重复的一个范围内的随机数的算法,源自《Programming pearls》里,是Jon Bentley大师提出来的。这个算法是在[0, n - 1]中取出k个不重复的随机数。
for(i = 0; i < n; i++)
{
x[i] = i;
}
for(i = 0; i < k; i++)
{
t = rand(i,n-1); //书上是给出这种描述,个人认为可以改成rand()%((n - 1) - i + 1) + i
swap(x[i], x[t]);
out(x[i]);
}
其中,rand(a,b)产生一个 a 到 b 之间的随机数,swap(a,b)交换a和b的值,out(a)把a输出作为结果。
我们来看看这个算法的完美之处吧!
首先,x数组里把0到n-1的所有数都存储了,而最后输出的都是x数组里的值,所以满足输出的数是k个0到n-1的数。
然后,我们对于第 i 次随机,产生一个 i 到 n-1 的下标 t ,并把x[t] 和x[i]交换,将其输出,这样每次产生的数都是之前没有出现过的数,因为之前出现过的数都在x[0] 到 x[i-1]里呢!这样就保证了输出数据的不重复性。
最后,我们考察输出数据的“随机性”,显然,因为交换操作,使得所有没有出现过的数都在x[i] 到 x[n-1]中存着呢,所以被选中的概率相等。
4. 1中提到了time()函数,这里简单介绍一下这个函数。
5. 3中利用到了swap这个函数,一般这个函数在C语言的时候是需要自己来写的,这里顺便把这个swap的几种写法介绍一下。
(以下内容来自ghostcomputing的专栏,在这里表示鸣谢,总结的很nice)
swap函数估计是一个各种各样程序都会频繁用到的子程序,可是你知道它究竟有多少种不同的写法吗?下面我就列举我知道的几种swap函数来跟大家分享一下。
(1)经典型---嫁衣法
无论是写程序还是干其他事情,一旦涉及到交换,就总是会遇到第三方。这个第三方可能是公正的监督者,也可能是一个徒为他人做嫁衣的可怜虫。在经典法的交换程序中,我们就需要有一个可怜虫来为我们提供暂时的服务。程序如下:
void swap(int *a,int *b)
{
int temp;
temp=*a;
*a=*b;
*b=temp;
}
我们看到,我必须用一个temp变量作为过渡,让他先拥有然后又再赋值给其他人。可见他也不是徒做嫁衣,而是先索取后奉献的主人公精神。哈哈,扯远了。
(2)经典型改进版---范型法
上面的那个swap函数只能交换int类型变量,如果我想交换double类型,short类型,char类型......呢?上面的程序就必须重新写,可是又不是完全推倒重来,只需要修改相应的类型变量就可以了,如果是用C++来编程,我们还可以用到NB的模板,可是C语言就没有这种特点了。唯一可以用的便是void*指针。void*指针可以视为一种通用指针,任何指针都可以转换为void*指针而不会丢失值。同理,只要我们把原先的指针变量换成void*类型不就行了。可是,你很快发现,这样不行。为什么呢?因为我们没有通用的嫁衣。C语言中的变量不可以为void类型,也就是说没有void temp;这种古怪的东西。那怎么办呢?我们可以从底层去想两个数交换的本质。不就是相应的内存值交换嘛。我们可以联想到memcpy函数,我们可以模仿着来,写一个函数,通过传入void*指针和变量类型的字节大小,来将这两个变量相应的字节内容发生对换。程序如下:
void swap(void *a,void *b,size_t size)
{
unsigned char *p1=(unsigned char *)a; //强制类型转换
unsigned char *p2=(unsigned char *)b;
unsigned char temp; //字节型的嫁衣
while(size--)
{
temp=*p1;
*p1=*p2;
*p2=temp;
p1++;
p2++;
}
}
使用的时候可以这样调用:swap( &a,&b,sizeof(int) );
这种字节的分别交换可以通用各种类型的交换,当然,彼此之间应该是同种类型,否则会因为类型大小,字节序等一些问题发生错误。
(3)取巧型---赋值法
这个方法其实一个很取巧的方法,大家先看一下程序,看能不能看出巧在哪里:
void swap(int *a,int *b)
{
*a=*a+*b;
*b=*a-*b;
*a=*a-*b;
}
这种方法有一个好处,那就是不用消耗额外的变量空间,只需要两个变量做一些运算即可。让我们慢慢看:
首先:
我用A代表a+b
A=a+b, 这时候A的值为两者之和
接着,b=A-b,也就是b=A-b=a+b-b=a,这时候b得到了a的值
最后,a=A-b,因为经过上面的运算,b=a,所以a=A-b=a+b-a=b,这时候a得到了b的值。
所以,交换成功了。
(4)诡异型---逻辑运算法
如果没有仔细拿纸算一算的话,这段程序估计会晕倒很多人,让我们来看一下吧:
void swap(int *a,int *b)
{
// *a^=*b^=*a^=*b; 这种做法达不到效果,不知道为什么
*a=*a^*b;
*b=*b^*a;
*a=*a^*b;
}
怎么样,够诡异的吧。如果我们把它拆开来看的话,其实也没那么可怕:
首先我们必须明确运算顺序,是从右至左:
*a=*a^*b;
*b=*b^*a;
*a=*a^*b;
在解释这段代码的时候,我们先普及一下逻辑运算的基础知识,^ 符号是异或符号,也就是如果两个逻辑变量各不相同,其表达式值为1,反之为0 。则有:
A^A=0
A^1=~A
A^0=A
A^B^C=A^(B^C)=B^(A^C)
首先,A=a^b;
接着,b=b^A=b^a^b=a^0=a,这时候b获得了a的值。
最后,a=A^b=a^b^a=b^0=b,这时候a获得了b的值。
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