C++ 生成随机浮点数

前言

在 C++11 之前，我们通常采用 rand 函数来生成随机数。

但 rand 函数对一些情况显得难以处理：

1. 不同范围的随机数
2. 需要随机浮点数
3. 需要非均匀分布的随机数

rand 的使用方法：C 语言 rand() 和 srand() 使用方法

下文将使用 C++11 定义在头文件 random 中的随机数库通过一组协作的类来解决这些问题：随机数引擎类和随机数分布类。

• 一个引擎类可以生成 unsigned 随机数序列
• 一个分布类使用一个引擎类生成指定类型的、在给定范围内的、服从特定概率分布的随机数

生成等概率随机数

自己在刚开始学习 C++ 的时候，也找过一些 C++ 生成随机数的方法，但大都是在论证是如何生成随机数的，很少有教如何使用的。论证的文章难度大，于是每次看一下就放弃了，只好用 C 语言中的 rand 函数再搭配取余使用。

本文只简要介绍如何使用，并给出一些示例。

生成随机整数

uniform_int_distribution：产生均匀分布的整数

// IntType
// An integer type. Aliased as member type result_type.
// By default, this is int.
template <class IntType = int> 
class uniform_int_distribution;

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    // 产生 [1, 100] 左闭右闭区间的随机整数
	uniform_int_distribution<int> u(1, 100);
	default_random_engine e;
    // 为随机数引擎设置随机种子, 若不设置每次生成的随机数相同（可以创建时设置）
    // 类似 srand 的用法, 相同的种子生成的随机数相同
    // default_random_engine e(time(NULL));
    e.seed(time(NULL));

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		cout << u(e) << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

生成随机浮点数

uniform_real_distribution：产生均匀分布的实数

// RealType
// A floating-point type. Aliased as member type result_type.
// By default, this is double.
template <class RealType = double> 
class uniform_real_distribution;

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    // 生成 [-1, 1] 范围随机浮点数
    // 模板参数只能是浮点类型（float/double/long double）
	uniform_real_distribution<double> u(-1, 1);
    default_random_engine e(time(NULL));

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		cout << u(e) << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

生成非均匀分布随机数

正态分布随机数

template <class RealType = double> 
class normal_distribution;

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    // 生成符合均值为 10, 标准差为 2 的随机数
	normal_distribution<double> u(10, 2);
    default_random_engine e(time(NULL));
    
	for (size_t i = 1; i <= 100; ++i) {
		printf("%-9.6lf ", u(e));
		if (i % 10 == 0) {
			cout << endl;
		}
	}
    cout << endl;
	return 0;
}

二项分布的布尔值

class bernoulli_distribution;

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
	// 生成  1的概率为 0.7
	bernoulli_distribution u(0.7); 
    default_random_engine e(time(NULL));

	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << u(e) << " ";
	}
    cout << endl;
	return 0;
}