C++11 随机数

C++11 随机数

    • C++11之前的随机数生成方法
      • rand() 随机数函数
      • srand() 初始化随机种子
    • C++11 random库
      • 随机数引擎
        • default_random_engine 类
        • mt19937 随机数引擎
      • 真随机数 random_device()
      • 随机数分布引擎
        • uniform_real / int_distribution 均匀分布随机数
        • 其他概率分布类型
    • 随机数例题
      • 478. 在圆内随机生成点
      • 497. 非重叠矩形中的随机点
      • 710. 黑名单中的随机数
    • 补充:shuffle()函数 打乱顺序

相对于C++ 11之前,只需srand、rand这两函数即可获取随机数,这也是C语言常用的随机数生成方法。
而对于C++ 11,则提供了更多随机数生成器。比较常用的是default_random_engine和 mt 19937_64类。

C++11之前的随机数生成方法

常用语句:

srand((unsigned)time(NULL));
rand()的各种运算

rand() 随机数函数

头文件#include

1)rand()不需要参数,它会返回一个从0到最大随机数RAND_MAX之间的均匀分布的伪随机数整数。RAND_MAX必须至少为32767。
rand()的内部实现是用线性同余法实现的, 随机数生成器总是以相同的种子开始,默认以1为种子(即起始值),所以形成的伪随机数列也相同,失去了随机意义。(但这样便于程序调试) ,由于周期较长,因此在一定范围内可以看成是随机的。

2)如果你要产生0~99这100个整数中的一个随机整数,可以表达为:int num = rand() % 100;
如果要产生1~100,则是这样:int num = rand() % 100 + 1;

总结来说,可以表示为:int num = rand() % n +a;
其中的a是起始值,n-1+a是终止值,n是整数的范围。

3)一般性:rand() % (b-a+1)+ a ; 就表示 a~b 之间的一个随机整数。

4)若要产生0~1之间的小数,则可以先取得0-10的整数,然后均除以10即可得到“随机到十分位”的10个随机小数。
若要得到“随机到百分位”的随机小数,则需要先得到0~100的10个整数,然后均除以100,其它情况依 此类推。

5)在调用rand()函数之前,可以使用srand()函数设置随机数种子,如果没有设置随机数种子,rand()函数在调用时,自动设计随机数种子为1。随机种子相同,每次产生的随机数也会相同。

srand() 初始化随机种子

是随机数发生器的初始化函数。原型:void srand(unsigned seed);
用法:它初始化随机种子,会提供一个种子,这个种子会对应一个随机数,如果使用相同的种子后面的rand()函数会出现一样的随机数,如: srand(1); 直接使用1来初始化种子。也就是说当srand()的参数值固定的时候,rand()获得的数也是固定的
不过为了防止随机数每次重复,常常使用time函数获取系统时间来初始化,同时程序中包含一个新的头文件 #include让,随机种子来自系统时钟。
如果想在一个程序中生成随机数序列,需要至多在生成随机数之前设置一次随机种子。 即:只需在主程序开始处调用srand((unsigned)time(NULL)); 后面直接用rand就可以了
例如:

#include 
#include  // Header file needed to use srand and rand
#include  // Header file needed to use time
using namespace std;
void test_rand(void)
     {
           unsigned long n;
          srand((unsigned)time(NULL));
          for(int i = 0; i < 100; i++)
          {
                n = rand();
                printf("d\n", n);
           }
}
或者调用time函数时必须给它传递一个参数 0int main()
{
    unsigned seed;  // Random generator seed
    // Use the time function to get a "seed” value for srand
    seed = time(0);
    srand(seed);
    // Now generate and print three random numbers
    cout << rand() << " " ;
    cout << rand() << " " ;
    cout << rand() << endl;
    return 0;
}

C++11 random库

C库函数rand()生成的是均匀分布的伪随机数,每个随机数的范围在0和一个系统相关的最大值(至少为32767)之间。
rand函数的问题是:很多程序需要不同范围的随机数,一些应用需要随机浮点数,以及非均匀分布的随机数。为了解决这些问题,通常会转换rand生成的随机树的范围、类型或者是分布,转换的操作常常会引入非随机性。

C++11中,随机数都是定义在#include 头文件中的。
random库的组件主要有随机数引擎和随机数分布引擎。
1.随机数引擎类是可以独⽴运⾏的随机数发⽣器,它以均匀的概率⽣成某⼀类型的随机数,但⽆法指定随机数的范围、概率等信息。因此,它也被称为“原始随机数发⽣器”,由于不能指定⽣成随机数的范围,它通常不会被单独使⽤。
2.随机数分布类是⼀个需要于随机数引擎类的⽀持才能运⾏的类,但是它能根据⽤户的需求利⽤随机数引擎⽣成符合条件的随机数,例如某⼀区间、某⼀分布概率的随机数。

也就是说,一个引擎类可以生成unsigned随机数列,一个分布使用一个引擎类生成指定类型的,在给定范围内的,服从指定概率分布的随机数。

随机数类常⽤的主要有以下四个
1)default_random_engine:随机⾮负数(不建议单独使⽤);
default_random_engine 是⼀个随机数引擎类。它定义的调⽤运算符返回⼀个随机的 unsigned 类型的值。

2)uniform_int_distribution:指定范围的随机⾮负数;
uniform_int_distribution是⼀个随机数分布类,也是个模板类,模板参数为⽣成随机数的类型(不过只能是 int、unsigned、short、unsigned short、long、unsigned long、long long、unsigned long long 中的⼀种)。它的构造函数接受两个值,表⽰随机数的分布范围(闭区间)。

3)uniform_real_distribution:指定范围的随机实数;
uniform_real_distribution 是⼀个随机数分布类,它也是模板类,参数表⽰随机数类型(可选类型为 float、double、long double)。构造函数也需要最⼤值和最⼩值作为参数。(左闭右开区间)

4)bernoulli_distribution:指定概率的随机布尔值。
bernoulli_distribution 是⼀个分布类,但它不是模板类。它的构造函数只有⼀个参数,表⽰该类返回 true 的概率,该参数默认为 0.5 ,即 返回 true 和 false 的概率相等。

下面这个样例可以学会:

	//随机数生成引擎
	//利用了真随机数 random_device()
	default_random_engine e{random_device{}()};
    mt19937_64 eng{random_device{}()};
    //随机数分布引擎
    uniform_real_distribution<double> dis1(0, 20);
    uniform_int_distribution<int> dis2(20, 40);
    bernoulli_distribution u;
    
    for(int i = 0;i < 4; ++i){
        cout<<e()<<" ";
    }
    cout<<endl;  //370521601 1801455354 1835679272 1511451702
    
    for(int i = 0;i < 4; ++i){
        cout<<dis1(eng)<<" ";
    }
    cout<<endl; //6.65994 0.0263284 0.0570728 17.9504
    
    for(int i = 0;i < 4; ++i){
        cout<<dis2(e)<<" ";
    }
    cout<<endl; //23 36 25 30
    
    for(int i = 0;i < 4; ++i){
        cout<<u(e)<<" ";
    }
    cout<<endl;  //0 0 1 0

随机数引擎

C++11提供了下面三种随机数生成算法可供选择:

linear_congruential_engine线性同余法
mersenne_twister_engine梅森旋转法
substract_with_carry_engine滞后Fibonacci

这三种算法,在C++11里面都是用模板的方式实现的。C++11标准预定义了一些随机数类,这些随机数类都是用比较好的参数实例化上面那三个模板类得到的。
注意:在C++11里面,把这些随机数生成器叫做引擎(engines)。

下图列出了一些实例化的随机数类:
C++11 随机数_第1张图片
当然具体用了哪些参数,我们是不用管的,直接用就行了。

default_random_engine 类

上图左上角的default_random_engine的类,也是一个实例化的类。之所以不归入那三种算法,是因为它的实现是由编译器厂家决定的,有的可能用linear_congruential_engine实现,有的可能用mersenne_twister_engine实现。不过,对于其他的类,C++11是有明确规定用哪种算法和参数实现的。

default_random_engine 是⼀个随机数引擎类。它定义的调⽤运算符返回⼀个随机的 unsigned 类型的值。

#include
#include

int main(){
    default_random_engine e; 
    //也可为随机数引擎加随机数发生器的参数:
    //default_random_engine random(time(NULL)); 
    //default_random_engine random{random_device{}()};
    for(int i = 0; i < 20; ++i)
        cout<<e()<<' ';
    cout<<endl; 
    return 0;
}
//gcc编译器需要加上 –std=c++11 选项。

mt19937 随机数引擎

mt19937又叫梅森旋转算法,用于生成随机数的,他也不是梅森发明的,是俩日本人发明的。它的循环节是 2 19937 − 1 2^{19937}-1 2199371,这是一个梅森素数,所以叫mt19937,也就是说:
mt是指maxint(整型int最大值的缩写)
19937是指 2 19937 − 1 2^{19937}-1 2199371

常用下面的语句生成一个随机数引擎,例如:478. 在圆内随机生成点

mt19937 gen{random_device {}()};

mt19937是c++11新特性,它是一种随机数算法,用法与rand()函数类似,但是与其它已使用的伪随机数发生器相比,mt19937具有速度快,周期长的特点,周期可达到 2 19937 − 1 2^{19937}-1 2199371
rand()在windows下生成的数据范围为0-32726
mt19937所生成的数据范围大概为(-maxint,+maxint)(maxint整型int最大值的缩写)

真随机数 random_device()

random_device()函数目的就是产生生成真随机数。它并不是由某一个数学算法得到的随机序列,而是通过读取文件,读什么文件看具体的实现(Linux可以通过读取/dev/random文件来获取)。文件的内容是随机的,因为文件内容是计算机系统的熵(熵指的是一个系统的混乱程度)。也是当前系统的环境噪声,系统噪音可以通过很多参数来评估,如内存的使用,文件的使用量,不同类型的进程数量等等。Linux的熵来自键盘计时、鼠标移动等。
然而randm_device()只在Linux下有效,在Windows下无效。

	#include //随机数
	random_device rd;//随机数发生器
	mt19937 g(rd());//随机数引擎
	或者写为下面一句:
	mt19937 g{random_device{}()};
	//类似于srand()和rand()的效果
	srand(time(NULL)); //初始化随机数种子

随机数分布引擎

uniform_real / int_distribution 均匀分布随机数

uniform_int_distribution是⼀个随机数分布类,也是个模板类,模板参数为⽣成随机数的类型(不过只能是 int、unsigned、short、unsigned short、long、unsigned long、long long、unsigned long long 中的⼀种)。它的构造函数接受两个值,表⽰随机数的分布范围(闭区间)。

uniform_real_distribution 是⼀个随机数分布类,它也是模板类,参数表⽰随机数类型(可选类型为 float、double、long double)。构造函数也需要最⼤值和最⼩值作为参数。

通常用uniform_real_distribution来产生均匀分布的随机数。此外还常用正态分布的normal_distribution。
如果我们只想产生0到100的随机数。按照我们之前的做法是直接random()%100。这种做法是不好的。原因可以参见《Accelerated C++》的7.4.4节。我们平常说产生随机数,隐含是意思是产生均匀分布的随机数。
C++11提供的均匀分布模板类为:uniform_int_distribution和uniform_real_distribution。
uniform_int_distribution 整数均匀分布:从均匀分布中生成随机的整数
uniform_real_distribution 浮点数均匀分布: 从均匀分布中生成随机的浮点数(double或float)。

前一个模板类名字中的int不是代表整型,而是表示整数。因为它是一个模板类,可以用int、long、short等整数类型来实例化。后一个表示浮点数模板类,可以用float和double来实例化。使用例子如下:

#include  
#include  
#include  
   
int main()  
{  
    default_random_engine random(time(NULL));  
    uniform_int_distribution<int> dis1(0, 100);  //能产生100
    uniform_real_distribution<double> dis2(0.0, 1.0);  //不能产生1.0
   
    for(int i = 0; i < 10; ++i)  
        cout<<dis1(random)<<' ';  
    cout<<endl;  
   
    for(int i = 0; i < 10; ++i)  
        cout<<dis2(random)<<' ';  
    cout<<endl;  
   
    return 0;  
}  

uniform_int_distribution的随机数的范围是[ ],而uniform_real_distribution却是左闭右开范围[ )。
对于default_random_engine来说,其产生的随机数范围是在[min(), max()]之间,其中min()和max()为它的两个成员函数。同样,也是闭区间范围。
对于浮点数,如果真的是想产生[0.0, 1.0]范围的数,可以使用

#include  
#include  
uniform_real_distribution<double> dis2(0, std::nextafter(1,DBL_MAX));  

如果uniform_int_distribution使用了无参构造函数,那么其随机数的范围是[0,numberic_limits::max()],也就是0到对应实例化类型能表示的最大值。对于uniform_real_distribution的无参构造函数,则是[0, 1)。

其他概率分布类型

C++11提供的概率分布类型有下面这些:
均匀分布:

   uniform_int_distribution          整数均匀分布
   
   uniform_real_distribution        浮点数均匀分布

伯努利类型分布:(仅有yes/no两种结果,概率一个p,一个1-p):

   bernoulli_distribution    伯努利分布
   注:bernoulli_distribution 是⼀个分布类,但它不是模板类。
   它的构造函数只有⼀个参数,表⽰该类返回 true 的概率,
   该参数默认为 0.5 ,即 返回 true 和 false 的概率相等。

   binomial_distribution     二项分布

   geometry_distribution    几何分布

   negative_biomial_distribution  负二项分布

Rate-based distributions:

   poisson_distribution 泊松分布

   exponential_distribution指数分布

   gamma_distribution 伽马分布

    weibull_distribution 威布尔分布

   extreme_value_distribution 极值分布

正态分布相关:

   normal_distribution        正态分布

   chi_squared_distribution卡方分布

   cauchy_distribution       柯西分布

   fisher_f_distribution      费歇尔F分布

   student_t_distribution t分布

分段分布相关:

   discrete_distribution离散分布

   piecewise_constant_distribution分段常数分布

   piecewise_linear_distribution分段线性分布

这些概率分布函数都是有参数的,在类的构造函数中把参数传进去
下面是一个泊松分布的例子

#include
#include
#include
#include
 
int main()
{
  const int nrolls = 10000; // number ofexperiments
  const int nstars = 100;   // maximum number of stars to distribute
 
  int parameter = 4;
 
  minstd_rand engine(time(NULL));
  poisson_distribution<int>distribution(parameter);
 
  int p[20]={};
 
  for (int i=0; i<nrolls; ++i)
  {
    int number = distribution(engine);
    if (number < 20)
        ++p[number];
  }
 
  std::cout << "poisson_distribution"<<parameter<< std::endl;
  for (int i=0; i < 20; ++i)
    std::cout<<std::setw(2)<< i<< ": " << std::string(p[i]*nstars/nrolls, '*') <<std::endl;
 
  return 0;
}

随机数例题

478. 在圆内随机生成点

478. 在圆内随机生成点

【做法】在单位圆中随机生成一个点,它离圆心的距离小于等于 r 的概率为 F ( r ) = r 2 F( r )=r ^2 F(r)=r2 ,可以通过 [0,1) 的均匀分布生成随机变量 u,,即用 r = u r = \sqrt{u} r=u 来生成随机变量 r。再通过类似的方法随机生成其与水平轴正方向的夹角 θ ∈ [ 0 , 2 π ) \theta \in [0, 2\pi) θ[0,2π),最后坐标变换到当前圆中。

【细节注意】如果直接在 [0, 1) 范围内生成 r 以及 [ 0 , 2 π ) [0, 2\pi) [0,2π) 范围内生成 θ \theta θ,得到的随机点是不均匀的,原因:
假设先生成角度θ,它是一个 [ 0 , 2 π ) [0, 2\pi) [0,2π) 的uniform的一次采样,那么确定θ后,点离圆心距离r的分布不再是一个uniform,如果用uniform去生成r,更靠近圆心的点会得到更大的被选择概率,无法在圆中均匀地得到一点。

class Solution {
    mt19937 gen{random_device {}()};
    uniform_real_distribution<double> dis;
    double x, y, ra;

public:
    Solution(double radius, double x_center, double y_center):dis(0, 1), ra(radius), x(x_center), y(y_center){}
       
    vector<double> randPoint() {
        double u = dis(gen), theata = dis(gen) * 2 * acos(-1.0);
        double r = sqrt(u);
        return {x + r * cos(theata) * ra, y + r * sin(theata) * ra};
    }
};

497. 非重叠矩形中的随机点

497. 非重叠矩形中的随机点
给定一个由非重叠的轴对齐矩形的数组 rects ,其中 rects[i] = [ai, bi, xi, yi] 表示 (ai, bi) 是第 i 个矩形的左下角点,(xi, yi) 是第 i 个矩形的右上角点。设计一个算法来随机挑选一个被某一矩形覆盖的整数点。矩形周长上的点也算做是被矩形覆盖。所有满足要求的点必须等概率被返回。
在给定的矩形覆盖的空间内的任何整数点都有可能被返回。
请注意 ,整数点是具有整数坐标的点。

实现 Solution 类:
Solution(int[][] rects) 用给定的矩形数组 rects 初始化对象。
int[] pick() 返回一个随机的整数点 [u, v] 在给定的矩形所覆盖的空间内。

示例1:
C++11 随机数_第2张图片

输入: [“Solution”, “pick”, “pick”, “pick”, “pick”, “pick”]
[[[[-2, -2, 1, 1], [2, 2, 4, 6]]], [ ], [ ], [ ], [ ], [ ]]
输出: [null, [1, -2], [1, -1], [-1, -2], [-2, -2], [0, 0]]

解释: Solution solution = new Solution([[-2, -2, 1, 1], [2, 2, 4, 6]]);
solution.pick(); // 返回 [1, -2]
solution.pick(); // 返回 [1, -1]
solution.pick(); // 返回 [-1, -2]
solution.pick(); // 返回 [-2, -2]
solution.pick(); // 返回 [0, 0]

【解答】方法:前缀和 + 二分查找
数组rects 表示的 n 个矩形一共覆盖 S 个整数点。我们将这些整数点进行编号为 0 至 S−1。
在同一个矩形中,整数点一共有 ( y i − b i + 1 ) (y_i-b_i+1) (yibi+1)行, ( x i − a i + 1 ) (x_i-a_i+1) (xiai+1)列。在同一个矩形中的编号,左下角为 0,并在同一行中,随着横坐标的增加,编号增加,右下角点 ( x i , b i ) (x_i, b_i) (xi,bi)在这个矩形中的编号为 ( x i − a i ) (x_i-a_i) (xiai)。接着逐行向上进行编号。
编号完成后,可以进行随机取点。在所有编号内等概率随机取整数 kk,先确定它位于哪个矩形中,然后再确定它在矩形中的位置。确定矩形编号时,可以采用预处理前缀和和二分搜索的方式。前缀和可以记录某个矩形覆盖的整数点的编号范围。因为不同矩形覆盖的整数点编号是单调的,利用二分搜索根据整数点编号快速确定矩形编号。确定矩形编号后,原整数点编号可以转换为矩形内整数点编号,然后定位具体的点的坐标。

【坐标转换】
一个n 行 m 列的矩阵,左下角坐标为(a , b),按照行自底向上,每行从左到右的顺序,从0开始编号,则矩阵中的编号为 k 的元素(对应矩阵中第 k + 1个元素),所在位置对应的行列数为:
行数 = k / m;
列数 = k % m;
对应的下标为 (a + 列数, b + 行数)
关于坐标转换可以练习一下二分查找的 74. 搜索二维矩阵

class Solution {
    vector<vector<int>> rects; //保存点的信息
    vector<int> pre; //前缀和
    mt19937 gen{random_device{}()};
public:
    Solution(vector<vector<int>>& rects):rects(rects) {
        //this->rects = rects; //等价于上面的初始化列表
        //构造前缀和
        pre.emplace_back(0);
        for(auto& ve : rects){
            pre.emplace_back(pre.back() + (ve[3] - ve[1] + 1) * (ve[2] - ve[0] + 1)) ;            
        }
    }
    
    vector<int> pick() {
        uniform_int_distribution<int> dis(1 , pre.back());
        int k = dis(gen);//随机生成一个介于1-pre.back()之间的整数K
        //二分查找K属于哪一个矩阵,矩阵编号从0开始
        //矩阵编号i需要-1,因为pre数组保存到前一个rects数组之和
        int i = lower_bound(pre.begin(), pre.end(), k) - pre.begin() - 1;
        k -= pre[i];//第i个矩阵中的第 k个数 , 对应的下标为 k - 1
        --k; //映射回第i个矩阵中的下标
        int m = rects[i][2] - rects[i][0] + 1; //第i个矩阵一行有m个数
        int row = k / m;
        int col = k % m;
        int x = rects[i][0] + col;
        int y = rects[i][1] + row;
        return{x, y};
    }
};

710. 黑名单中的随机数

710. 黑名单中的随机数
给定一个整数 n 和一个 无重复 黑名单整数数组 blacklist 。设计一种算法,从 [0, n - 1] 范围内的任意整数中选取一个 未加入 黑名单 blacklist 的整数。任何在上述范围内且不在黑名单 blacklist 中的整数都应该有 同等的可能性 被返回。
优化你的算法,使它最小化调用语言 内置 随机函数的次数。

实现 Solution 类:
Solution(int n, int[] blacklist) 初始化整数 n 和被加入黑名单 blacklist 的整数
int pick() 返回一个范围为 [0, n - 1] 且不在黑名单 blacklist 中的随机整数

示例 1:
输入 [“Solution”, “pick”, “pick”, “pick”, “pick”, “pick”, “pick”,“pick”] [[7, [2, 3, 5]], [], [], [], [], [], [], []]
输出 [null, 0, 4, 1, 6, 1, 0, 4]
解释 Solution solution = new Solution(7, [2, 3, 5]);
solution.pick(); //返回0,任何[0,1,4,6]的整数都可以。注意,对于每一个pick的调用,
// 0、1、4和6的返回概率必须相等(即概率为1/4)。
solution.pick(); // 返回 4
solution.pick(); // 返回 1
solution.pick(); // 返回 6
solution.pick();// 返回 1
solution.pick(); // 返回 0
solution.pick(); // 返回 4

【分析】黑名单映射
blacklist \textit{blacklist} blacklist 的长度为 m m m
考察一个特殊的例子:所有黑名单数全部在区间 [ n − m , n ) [n-m,n) [nm,n) 范围内。此时我们可以直接在 [ 0 , n − m ) [0,n-m) [0,nm) 范围内取随机整数。

这给我们一个启示,对于在 [ 0 , n − m ) [0,n-m) [0,nm) 范围内的黑名单数,我们可以将其映射到 [ n − m , n ) [n-m,n) [nm,n) 范围内的非黑名单数(白名单数)上。每次 pick() \text{pick()} pick() 时,仍然可以在 [ 0 , n − m ) [0,n-m) [0,nm) 范围内取随机整数(设其为 x x x),那么:
如果 x x x 不在黑名单中,则直接返回 x x x
如果 x x x 在黑名单中,则返回 x x x 映射到 [ n − m , n ) [n-m,n) [nm,n)范围内的白名单数。

我们可以在初始化时,构建一个从 [ 0 , n − m ) [0,n-m) [0,nm) 范围内的黑名单数到 [ n − m , n ) [n-m,n) [nm,n) 的白名单数的映射:
[ n − m , n ) [n-m,n) [nm,n) 范围内的黑名单数存入一个哈希集合 black \textit{black} black
初始化要添加的白名单数字 w = n − m \textit{w}=n-m w=nm
对于每个 [ 0 , n − m ) [0,n-m) [0,nm) 范围内的黑名单数 b b b,如果要添加的白名单数字 w w w 在黑名单哈希集合中,则不断增加 w \textit{w} w 直至其不在黑名单集合中,然后将 b b b 作为键映射到 w \textit{w} w 上,并将 w \textit{w} w 增加一。

class Solution {
    mt19937 gen{random_device{}()}; //mt19937是整体,不能留空格
    uniform_int_distribution <int> dis; //int 易漏
    unordered_map<int, int> mp;
    int k; //n - m 要添加的白名单数目边界    
public:
    Solution(int n, vector<int>& blacklist){
        int m = blacklist.size();
        k = n - m; 
        //注意uniform_int_distribution是闭区间,右边界应该是k - 1
        dis = uniform_int_distribution <int>(0, k - 1);
        unordered_set<int> st;
        //将 [n-m,n) 范围内的黑名单数存入一个哈希集合
        for(int &a:blacklist){
            if(a >= k) st.insert(a);
        }
        //初始化要添加的白名单数字w
        int w = k;
        //对于每个 [0,n-m) 范围内的黑名单数 a,
        //如果要添加的白名单数字 w 在黑名单哈希集合中,则不断增加 w 直至其不在黑名单集合中,
        //然后将 a 作为键映射到 w 上,并将 w 增加一。
        for(int &a : blacklist ){
            if(a < k){
                while(st.find(w) != st.end()){
                    ++w;
                }
                mp[a] = w++;
            }
        }
    }
  	//如果 x 不在黑名单中,则直接返回 x;
	//如果 x 在黑名单中,则返回 x 映射到 [n-m,n) 范围内的白名单数。  
    int pick() {
        int x = dis(gen);
        return mp.find(x) == mp.end() ? x : mp[x];
    }
};

补充:shuffle()函数 打乱顺序

重排序给定范围 [first, last) 中的元素,打乱顺序,使得这些元素的每个排列拥有相等的出现概率。

头文件:#include
函数原型:

template< class RandomIt, class URBG >
void shuffle( RandomIt first, RandomIt last, URBG&& g );
参数:
first, last - 要随机打乱的元素范围
g - 均匀随机位生成器 (UniformRandomBitGenerator)
RandomIt 必须满足值可交换 (ValueSwappable) 和 遗留随机访问迭代器 (LegacyRandomAccessIterator) 的要求。

同样的,内置类型数组也支持这种用法,比如下面的int型数组与char型数组。

int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
char crr[] = "ABCDEFGH";

通常使用样例:
注意random_device{ }( ) 需要加头文件#include

shuffle(myvector.begin(), myvector.end(), mt19937(random_device{}()));

vector使用样例:

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	std::vector<int> v = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	//两种写法:
	std::random_device rd;	//随机数发生器
	std::mt19937 g(rd());	// 随机数引擎:基于梅森缠绕器算法的随机数生成器
	std::shuffle(v.begin(), v.end(), g);	// 打乱顺序,重新排序(随机序列)
	//上面三句等价于下面一句
	std::shuffle(myvector.begin(), myvector.end(), std::mt19937(std::random_device{}()));
	
	for (int a : v) std::cout << a << " "; //输出:3 1 4 9 5 10 2 8 7 6
	std::cout << "\n";
}

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