如何缩小 rand() 中的数字？

Question

以下代码每秒输出一个随机数：

int main ()
{
    srand(time(NULL)); // Seeds number generator with execution time.

    while (true)
    {
        int rawRand = rand();

        std::cout << rawRand << std::endl;

        sleep(1);
    }
}

如何缩小这些数字的大小，使它们始终在 0-100 的范围内？

Answer 1

如果您使用 C++ 并且关心良好的分布，您可以使用 TR1 C++11 。

#include <random>

std::random_device rseed;
std::mt19937 rgen(rseed()); // mersenne_twister
std::uniform_int_distribution<int> idist(0,100); // [0,100]

std::cout << idist(rgen) << std::endl;

Answer 2

到目前为止发布的所有示例实际上都给出了分布很差的结果。经常执行代码并创建统计数据以查看值如何倾斜。

生成任意范围 [0, N] 内的真实均匀随机数分布的更好方法如下（假设 rand 实际上遵循均匀分布，这远非显而易见）：

unsigned result;
do {
    result = rand();
} while (result > N);

当然，该方法很慢，但它确实产生了良好的分布。一种稍微聪明的方法是找到小于 RAND_MAX 的 N 的最大倍数，并将其用作上限。之后，就可以安全地获取结果 % (N + 1)。

要了解为什么朴素模数方法不好以及为什么上述方法更好，请参阅 Julienne 的优秀文章 使用 rand。

Answer 3

int rawRand = rand() % 101;

请参阅（了解更多详细信息）：

rand - C++ 参考

其他人也指出，这不会为您提供尽可能最佳的随机数分布。如果这种事情在你的代码中很重要，你就必须这样做：

int rawRand = (rand() * 1.0 / RAND_MAX) * 100;

编辑

三年过去了，我正在进行编辑。正如其他人提到的，rand() 存在很多问题。显然，当未来有更好的替代方案时，我不建议使用它。您可以在此处阅读有关详细信息和建议的所有信息：

rand() 被认为有害 |走向本土 2013

Answer 4

你可以

cout << rawRand % 100 << endl; // Outputs between 0 and 99

cout << rawRand % 101 << endl; // outputs between 0 and 100

为那些投反对票的人做；请注意，在本文最初发布一分钟后，我留下了评论：

来自 http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdlib/rand “请注意，虽然这种模运算不会在跨度内生成真正均匀分布的随机数（因为在大多数情况下，较小的数字更有可能出现），但对于短跨度来说，它通常是一个很好的近似值。”

对于 64 位整数并使用 100 个数字作为输出，数字 0-16 用 1.00000000000000000455 % 的数字表示（1% 同分布的相对精度约为 10^-18），而数字 17-99 用数字的 0.99999999999999999913 % 表示。是的，不是完美分布，但对于小跨度来说是一个非常好的近似值。

另请注意，OP 在哪里要求相同分布的数字？据我们所知，这些数据被用于小偏差无关紧要的目的（例如，除了密码学之外的任何东西——如果他们使用数字进行密码学，那么这个问题对于他们来说太天真了，无法编写自己的密码学） ）。

编辑 - 对于真正关心随机数均匀分布的人，以下代码有效。请注意，这不一定是最佳的，就像 64 位随机整数一样，每 10^18 次调用需要两次 rand() 调用。

unsigned N = 100; // want numbers 0-99
unsigned long randTruncation = (RAND_MAX / N) * N; 
// include every number the N times by ensuring rawRand is between 0 and randTruncation - 1 or regenerate.
unsigned long rawRand = rand();

while (rawRand >= randTruncation) {
    rawRand = rand();  
// with 64-bit int and range of 0-99 will need to generate two random numbers
// about 1 in every (2^63)/16 ~ 10^18 times (1 million million times)

// with 32-bit int and range of 0-99 will need to generate two random numbers 
// once every 46 million times.

}
cout << rawRand % N << stdl::endl;

Answer 5

请参阅 man 3 rand - 您需要通过除以 RAND_MAX 来进行缩放以获得范围 [0, 1]，然后乘以 100 即可得到目标范围。

Answer 6

对于从最小值到最大值（含）的范围，请使用：int result = rand() % (max - min + 1) + min;

Answer 7

您想要多长时间的答案。

最简单的方法是使用除以 101 时的余数进行转换：

int value = rawRand % 101;

半纯粹主义者会使用双精度数重新缩放：

double dbl = 100 * ((double)rawRand / RAND_MAX);
int ivalue = (int)(dbl + 0.5);   // round up for above 0.5

纯粹主义者会说 rand 不会产生随机数。

供您参考，随机数的质量是通过获取数字序列然后计算该序列的来源是随机的数学概率来测量的。如果您追求随机性，那么使用余数的简单黑客是一个非常糟糕的选择。

Answer 8

rawRand % 101 将给出 [0-100]（含）。

Answer 9

有些人发布了以下代码作为示例：

int rawRand = (rand() / RAND_MAX) * 100;

这是解决问题的无效方法，因为 rand() 和 RAND_MAX 都是整数。在 C++ 中，这会导致积分除法，从而截断结果小数点。当 RAND_MAX >= rand() 时，该操作的结果为 1 或 0，这意味着 rawRand 只能为 0 或 100。执行此操作的正确方法如下：

int rawRand = (rand() / static_cast<double>(RAND_MAX)) * 100;

由于操作数为 1，所以现在是双精度浮点型使用点除法，它会返回 0 到 1 之间的正确值。