如何在 C++ 中生成範圍內的隨機數
Jinku Hu
2023年10月12日
本文將演示多種 C++ 方法，講述如何在指定的數字區間內生成隨機數。
使用 C++11 <random> 庫生成一個範圍內的隨機數
C++ 在 C++11 版本中，在新的標頭檔案 <random> 下增加了隨機數生成的標準庫功能。<random> 標頭檔案提供的 RNG 工作流功能分為兩部分：隨機引擎和分佈。隨機引擎負責返回不可預測的位元流。分佈返回滿足特定概率分佈（如均勻、正態或其他）的隨機數（型別由使用者指定）。
首先，使用者應該用種子值初始化隨機引擎。建議使用 std::random_device 作為種子，這是系統特有的非確定性隨機位的來源。它允許引擎在每次執行時產生不同的隨機位元流。另一方面，如果使用者需要在多個程式執行中生成相同的序列，則應使用 int 常量初始化隨機引擎。
接下來，用引數初始化分佈物件，引數為一個區間的最小/最大值，隨機數就是從這個區間生成的。在下面的例子中，我們使用 uniform_int_distribution 並任意輸出 10 個整數到控制檯。
#include <iostream>
#include <random>
using std::cout;
using std::endl;
constexpr int MIN = 1;
constexpr int MAX = 100;
constexpr int RAND_NUMS_TO_GENERATE = 10;
int main() {
std::random_device rd;
std::default_random_engine eng(rd());
std::uniform_int_distribution<int> distr(MIN, MAX);
for (int n = 0; n < RAND_NUMS_TO_GENERATE; ++n) {
cout << distr(eng) << "; ";
}
cout << endl;
return EXIT_SUCCESS;
}
輸出：
57; 38; 8; 69; 5; 27; 65; 65; 73; 4;
<random> 標頭檔案提供了多個隨機引擎，有不同的演算法和效率權衡。因此，可以初始化特定的隨機引擎，如下一段程式碼示例所示。
#include <iostream>
#include <random>
using std::cout;
using std::endl;
constexpr int MIN = 1;
constexpr int MAX = 100;
constexpr int RAND_NUMS_TO_GENERATE = 10;
int main() {
std::random_device rd;
std::mt19937 eng(rd());
std::uniform_int_distribution<int> distr(MIN, MAX);
for (int n = 0; n < RAND_NUMS_TO_GENERATE; ++n) {
cout << distr(eng) << "; ";
}
cout << endl;
return EXIT_SUCCESS;
}
輸出：
59; 47; 81; 41; 28; 88; 10; 12; 86; 7;
使用 rand 函式生成一個範圍內的隨機數
rand 函式是 C 標準庫的一部分，可以從 C++ 程式碼中呼叫。雖然不建議使用 rand 函式來生成高質量的隨機數，但可以利用它來用任意資料填充陣列或矩陣，以達到不同的目的。在本例中，該函式生成一個介於 0 和 MAX 數區間的隨機整數。需要注意的是，這個函式應該用 std::srand 做種子（最好用 std::time(nullptr) 傳遞當前時間），以便在多次執行中產生不同的值，只有這樣我們才能呼叫 rand。
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <random>
using std::cout;
using std::endl;
constexpr int MIN = 1;
constexpr int MAX = 100;
constexpr int RAND_NUMS_TO_GENERATE = 10;
int main() {
std::srand(std::time(nullptr));
for (int i = 0; i < RAND_NUMS_TO_GENERATE; i++) cout << rand() % MAX << "; ";
cout << endl;
return EXIT_SUCCESS;
}
輸出：
36; 91; 99; 40; 3; 60; 90; 63; 44; 22;
作者： Jinku Hu
