C++11新特性之亂數庫(Random Number Library)詳解

2022-06-01 18:02:22

從前的亂數

C++11之前，無論是C，還是C++都使用相同方式的來生成亂數，程式碼大致如下：

由於rand()產生的是偽亂數，所以需要為rand函數提供種子。種子不同產生的亂數序列也不同。通常的做法是呼叫srand(time(0)），由於time返回的是系統時間，每秒都會不同，所以產生的亂數相同機率就會變得很小。

這種方式有一個難點，就是不容易控制輸出結果的範圍。特別是希望不是均勻分佈的時候就更難。

亂數庫（Random Number Library）

C++11中提供了亂數庫，包括亂數引擎類（random-number engines）和亂數分佈類(random-number distribution)。二者一般配合使用。

亂數引擎

標準庫提供了多重亂數引擎，這裡以default_random_engine類為例進行說明。

到這裡為止，和之前的方式沒有什麼本質區別，只是形式不同。別忙，接著往下看。

亂數分佈類

C++11通過亂數分佈類來控制亂數引擎生成的亂數的分佈情況。

生成平均分佈的整數

程式碼中使用uniform_int_distribution<int>來控制亂數引擎生成0到10之間的整數。

生成平均分佈的實數

程式碼中使用uniform_real_distribution來控制亂數引擎生成0到10之間的實數。

生成正態分佈的實數

程式碼中使用normal_distribution<>來控制亂數引擎生成均值為2，標準差為0.25的正態分佈資料。

生成概率可控的布林值

程式碼中使用bernoulli_distribution來控制亂數引擎生成布林值亂數，其中1的概率為0.3。

輸出結果

補充：真正的亂數

C++11還提供了一個random_device亂數類。它並不是由某一個數學演演算法得到的隨機序列，而是通過讀取檔案，讀什麼檔案看具體的實現(Linux可以通過讀取/dev/random檔案來獲取)。檔案的內容是隨機的，因為檔案內容是計算機系統的熵（熵指的是一個系統的混亂程度）。也是當前系統的環境噪聲，系統噪音可以通過很多引數來評估，如記憶體的使用，檔案的使用量，不同型別的程序數量等等。Linux的熵來自鍵盤計時、滑鼠移動等。

不過gcc好像並沒有很好地實現這個類，我手裡的Mingw4.9.0就不隨機，每次執行都得到同樣的序列。