C语言下的随机数

1. 相关头和函数

• #include <stdio.h>
• #include <stdlib.h>
• #include <time.h>
• srand(time(NULL));// 利用时间函数产生随机种子
• data[i] = rand()%999+2;//产生2-1000闭区间的随机赋，并完成对数组元素的赋值操作

一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数

• rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数
  • 它生成的基本上算是0－RAND_MAX之间的等概率随机数列了

还有一个 random() 函数可以获取随机数，但是 random() 不是标准函数，不能在 VC/VS 等编译器通过，所以比较少用。

先来个例子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    
    
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

2. 随机数用于哪些地方

• 测试数据，大量的测试数据
• 模拟自然状态下的符合正态分布的精力情形
• 让计算机看起来“智能化”，会猜出，会出牌，会做一些像人一样的随机行为
  • 贪吃蛇游戏中在随机的位置出现食物
  • 扑克牌游戏中随机发牌
  • 剪刀石头布的游戏
  • 猜数字游戏

3. 随机数的本质

实际上，rand() 函数产生的随机数是伪随机数，是根据一个数值按照某个公式推算出来的，这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布，如下图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4zw0Co0I-1607311299897)(20201123-C语言补充-随机数.assets/image-20201123140720054.png)]

种子在每次启动计算机时是随机的，但是一旦计算机启动以后它就不再变化了；也就是说，每次启动计算机以后，种子就是定值了，所以根据公式推算出来的结果（也就是生成的随机数）就是固定的。

4. 重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”，这样种子就会发生改变。srand() 的用法为：

void srand (unsigned int seed);

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同。

使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间（精确到秒），就像下面这样：

srand((unsigned)time(NULL));

time()函数,值得注意的是time函数的形参,这个形参是个指针变量,通常写为time(NULL)。
这个函数的功能是，返回自1970年1月1日00：00：00到你先在电脑运行的时间（例：2018年3月24日14:14:00）之间的时间。

这个数是随机的，随着你电脑运行时间而发生改变。

srand()函数是伪随机数发生器种子，它给rand()函数一个产生一个起点。在单独使用rand()函数的时候，它将1作为默认参数。srand()的形参是一个无符号的类型，即unsigned类型，可以是int,float,char等等。
但在这里为了达到随机数效果，将使用time()函数来产生一个起点，它直接作用于rand()函数。

具体示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    
    
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

5.生成一定范围内的随机数

在实际开发中，往往需要一定范围内的随机数，过大或者过小都不符合要求，那么，如何产生一定范围的随机数呢？可以利用取模的方法：

int a = rand() % 10;    //产生0~9的随机数，注意10会被整除

如果要规定上下限：

int a = rand() % 51 + 13;    //产生13~63的随机数

分析：

• 取模即取余，rand()%51+13
• 可以看成两部分：
  • rand()%51是产生 0~50 的随机数
  • 后面+13保证 a 最小只能是 13，最大就是 50+13=63。

具体示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(){
    
    
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand() % 51 + 13;
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

6. 连续生成随机数

有时候业务需要一组随机数（多个随机数），该怎么生成呢？

很容易想到的一种解决方案是使用循环，每次循环都重新播种，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    
    
    int a, i;
    //使用for循环生成10个随机数
    for (i = 0; i < 10; i++) {
    
    
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand();
        printf("%d ", a);
    }
    return 0;
}

运行结果是：

PS E:\clangstudy\class02> cd "e:\clangstudy\randData\" ; if ($?) {
    
     gcc 'getRandData01.c' -o 'getRandData01.exe' -Wall -g -O2 -static-libgcc -std=c11 -fexec-charset=utf-8 } ; if ($?) {
    
     &'.\getRandData01' }
7077 7077 7077 7077 7077 7077 7077 7077 7077 7077

运行结果非常奇怪，每次循环都重新播种了呀，为什么生成的随机数都一样呢？

这是因为，CPU越来越好，程序运行速度非常快，在一秒之内就运行完成了，而 time() 函数得到的时间只能精确到秒，所以每次循环得到的时间都是一样的，这样一来，种子也就是一样的，随机数也就一样了。

7. 有趣的随机数程序实例

这是一个电脑自己猜数字的小程序。

• 计算机自己产生随机数
• 计算机自己猜出这个数

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<process.h>
#include<stdlib.h>
#include<Windows.h>

int main()
{
    
    
    int ret = 0;
    int guess = 0;
    int left = 0;
    int right = 100;
    
    srand((unsigned int)time(NULL));
    ret = rand() % 100;
    printf("提供的答案数是->%d\n",ret);
    guess = 50;
    while (1)
    {
    
    
        if (guess > ret)
        {
    
    
            printf("猜大了->%d\n", guess);
            right = guess;
            guess = (right + left) / 2;
            Sleep(1000);
        }
        else if (guess < ret)
        {
    
    
            printf("猜小了->%d\n", guess);
            left = guess;
            guess = (right + left) / 2;
            Sleep(1000);
        }
        if (guess == ret)
        {
    
    
            printf("猜到了是%d", guess);
            break;
        }
    }
    system("pause ");
    return 0;
}

这里使用了二分法的思想，让电脑自己去猜100以内的一个数。
使用了Sleep()函数用来延迟一下打印时间，Sleep()函数的参数的单位是ms，所以1000ms=1s。

8. 如果种子重复了呢

据说如果软件一直开两天，种子会有1/(606024)个可能会重复，虽说这对于一般人已经绝对足够了，但纵然人不舒服

为什么总是生成一个数？？？因为此程序产生一个随机数之前，都调用一次srand，而由于计算机运行很快，所以每用time得到的时间都是一样的（time的时间精度较低，只有55ms）。这样相当于使用同一个种子产生随机序列，所以产生的随机数总是相同的。把srand放在循环外看看：
srand( (unsigned)time( NULL ) );
for(int i=0;i<100000;i++)
问题解决了：）