C++ 利用 標頭檔案 ， 產生一個random number generator

標頭檔案<cstdlib>中有一個重要的函式 rand() , 可以作為隨機數發生器。

現在現在我想產生一個隨機數， 我使用如下的程式：

#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;


int main()
{
    cout << rand() << endl;
    return 0;
}

問題來了， 雖然我們產生了一個隨機數， 但是無論我執行上述程式多少遍（重新編譯， 在執行，也一樣是41）， 都產生一個確定的數。 即41， 如下：

這是為什麼呢。

答案是要想得到一個隨機數， 我們需要給這個隨機數發生器（random number generator） 輸入一個seed（種子）。

現在讓我們在函式中呼叫rand（） 函式25次， 用於產生25個隨機數：

上述的情況也是一樣的， 無論是將該程式執行多少遍， 或者再次編譯， 執行， 結果仍然是產生了25個與上述隨機數完全一樣的隨機數。 這仍然是沒有seed的原因。

在舉一個例子， 模擬骰子。 隨機出現的資料是： 1， 2， 3， 4， 5， 6，  現在我們程式設計產生這個範圍的數字， 投25次， 程式如下：

#include <iostream>
#include <random>


using namespace std;

int main()
{
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl; // 必須加1， 否則產生0
    }
    return 0;
}

執行結果如下：

不難推廣， 我們可以產生任意範圍整數的隨機數。

但是問題來了， 由於上述的幾個程式的隨機數沒有seed， 所有無論我們執行多少次程式， 產生的隨機數都是相同的。

問什麼呢？

 因為沒有計算機能夠產生完全隨機的隨機數。  計算機畢竟不是人， 計算機必須按照一定的演算法（Algorithm）， 一定的指令去執行命令。 也就是說計算機不可能產生完全隨機的資料。 但是計算機通過一定的複雜的演算法， 我們可以使得其產生的資料看起來是隨機的。  

C++產生隨機數可以使用的seed random number。 常用的函式是srand()(函式有一個引數， 使我們給進去的任何一個隨機數),:

 

#include <iostream>
#include <cstdlib>



using namespace std;

int main()
{
    srand(6);
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl;
    }
    return 0;
}

產生的結果如下：

顯然不同了。 但是如果我們不改變srand(6)函式中的引數， 只要我們執行， 或者重新編譯執行， 仍然出現同樣的結果（同上面的問題一樣）。 但是隻要我們改變srand() 中的引數， 重新編譯， 執行， 出現不同的結果。 例如我們將srand(6)改為srand(10), 就會改變的：

現在我們給出上述所有問題的終極解決辦法：

這個解決辦法需要包含一個叫做<ctime>的標頭檔案。 這個標頭檔案允許我們去得到計算機的時鐘。 如下：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>


using namespace std;

int main()
{
    srand(time(0)); 
    for (int i = 0; i < 25; i++) {
        cout << 1+ (rand() % 6) << endl;
    }
    return 0;
}

編譯執行：

再次執行：

也就是說只要重新執行， 就會重新產生和偽隨機數。 這正是我們希望得到的結果。 

現在我們解釋原因：

我們知道可以通過srand() 去修改我們的演算法。 但是如果我們向srand（）中傳遞一個確定的數字， 那麼演算法產生的結果也是一個確定的數字。 無論我們執行多少次，結果都是一樣的。 

但是我們想srand 傳遞的引數為time（0）， time（0） 函式的返回值每一秒都在變化。  隨機這樣 ， 每一次我們執行函式的時候 ， 結果都看似隨機的了。