有没有办法使用链表来简化我的蒙特卡洛代码

Question

你好，我的代码目前有三个函数，每个函数都会生成大量随机数。我想知道是否有一种方法可以让一个函数返回一个链接列表或多维数组，使其变得更整洁：（

复制自 http://pastebin.com/Y5aE6XKS）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#ifndef RAND_MAX
#define RAND_MAX 2147483648
#endif
#define N 420000

double* rdm_X(void);
double* rdm_Y(void);
double* rdm_Z(void);

void main(void)
{
   double* Random_number_list_X = rdm_X();
   double* Random_number_list_Y = rdm_Y();
   double* Random_number_list_Z = rdm_Z();
   double X[N+1], Y[N+1], Z[N+1], density = 1, vol = 42.0;
   double sum = 0, sum_x = 0, sum_y = 0, sum_z = 0;
   int i;

   for (i = 0; i <= N; i++) {
      X[i] = 3 * Random_number_list_X[i] + 1;
      Y[i] = 7 * Random_number_list_Y[i] - 3;
      Z[i] = 2 * Random_number_list_Z[i] - 1;
      if ((Z[i]*Z[i]) + (sqrt(X[i]*X[i] + Y[i]*Y[i]) - 3)*(sqrt(X[i]*X[i] + Y[i]*Y[i]) - 3) <= 1) {
         sum += density;
         sum_x += X[i] * density;
         sum_y += Y[i] * density;
         sum_z += Z[i] * density;
      }
   }
   printf("(%.5lf, %.5lf, %.5lf)\n",
            sum_x/sum, sum_y/sum, sum_z/sum);
}

double* rdm_X(void)
{
   double* Random_number_list_X = calloc(N + 1, sizeof(double));
   int i;

   srand(time(NULL));
   for (i = 1; i <= N; i++) {
      Random_number_list_X[i] = (float) rand() / (float) RAND_MAX;
   }
   return Random_number_list_X;
}

double* rdm_Y(void)
{
   double* Random_number_list_Y = calloc(N + 1, sizeof(double));
   int i;
   sleep(1);
   srand(time(NULL));
   for (i = 1; i <= N; i++) {
      Random_number_list_Y[i] = (float) rand() / (float) RAND_MAX;
   }
   return Random_number_list_Y;
}

double* rdm_Z(void)
{
   double* Random_number_list_Z = calloc(N + 1, sizeof(double));
   int i;
   sleep(2);
   srand(time(NULL));
   for (i = 1; i <= N; i++) {
      Random_number_list_Z[i] = (float) rand() / (float) RAND_MAX;
   }
   return Random_number_list_Z;
}

Answer 1

几点：

1. 不要自己定义RAND_MAX。
2. main 返回一个 int。
3. 仅调用 srand 一次。
4. 消除对 srand 的额外调用，并使用一个函数来初始化数组。
5. 您将 X、Y 和 Z 定义为数组，但实际上每个只使用/需要一个值。
6. 似乎没有理由使用动态分配，因为数组大小是固定的。

Answer 2

我不是第一个指出您应该只调用 srand 一次的人，但我会解释原因：

您调用 srand 的次数越多rand 的输出较少随机。

rand 函数是一个伪 >-随机数生成器。这意味着它生成的数字看起来是随机的，并且具有与随机性相对应的数学属性，但它们实际上并不是随机的。 rand 的输出实际上是一个固定的、完全确定性的数字序列。

或者更确切地说，它产生了一个完全确定性序列大家族中的一个。您可以通过使用 srand 提供“种子”值来选择所需的序列。当您为 srand 提供种子 x 时，rand 的下一个输出将是伪随机数的第一个数字（但完全确定性！）由种子x标识的序列。换句话说：

int foo(int x)
{
   srand(x);
   return rand();
}

对于不同的输入将返回不同的值，但对于给定的x，将始终返回相同值。根本不是随机的！

这实际上是一个有用的功能，因为如果您在依赖 rand 输出的程序中发现错误，您可以通过向 srand 提供相同的种子来可靠地重现该错误> 以便从 rand 获得相同的序列，从而从程序中获得相同的行为。

您需要调用 srand 一次的原因是，否则您的程序将始终从 rand 接收相同的数字序列（由种子 1 标识的序列）代码>）。您不想想要多次调用 srand 的原因（在大多数情况下）是因为您随后反复迫使 rand 回到开头它的序列而不是让它给你其中一个完整的序列。虽然任何给定的序列都具有随机性的属性，但序列开头的序列不一定具有该属性。

显然，如果您使用相同种子重复调用srand，那会特别糟糕，因为这样您就强制rand每次都回到相同序列的开头，因此rand将始终产生相同值 - 正是您不想要的。

您经常看到 srand(time(NULL)) 的原因是因为给定程序的任意两次调用之间的时间可能不同，这意味着程序每次运行时都会使用不同的时间。伪随机序列。但是 time 仅返回以秒为单位的时间，因此，如果您在程序的单次调用中重复执行此操作（如您的程序一样），并且对 srand 的调用之间的间隔时间少于一秒，正如您所观察到的，您将重复使用相同的种子重新播种，并产生荒谬的结果。

底线：在第一次使用 rand 之前，仅调用 srand 一次。相信 C 库的实现者编写了一个不错的伪随机数生成器，并且不要试图通过尝试补偿不存在的问题来“增加随机性”。

Answer 3

三个函数之间的唯一区别在于它们如何调用 sleep()。您当然可以将所有三个函数折叠成一个函数，并在循环中调用它三次吗？

Answer 4

每次程序调用时仅调用 srand() 一次，通常在 main() 内。

int main(void) {
    /* initializations */
    srand(time(NULL));

    /* rest of program, with no more calls to srand() */
}

Answer 5

其他人已经解决了您的程序的一些问题，但是您是否意识到每次运行它时都会泄漏超过 10 MB 的内存？自由的（）...