C语言获取随机数

gaunthan Posted on Feb 13 2017

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>本文讲述了在C语言中如何获取随机数。

## rand()
`rand()`函数可以用来产生伪随机数，它根据一个基准（种子）以某个递推公式推算出随机数。当使用rand()产生的一系列数符合正态公布时，就相当于产生了随机数。计算机正常开机后，种子的值是默认固定的，为1。

/* @brief   随机数发生器
     * @return  返回一个伪随机数
     * @header  stdlib.h
     */
    int rand(void)

`rand()`返回随机数值的范围在`0`至`MAX_INT`（定义在limits.h）间。每一个数被选择的概率是相同的。

## srand()
`rand()`产生的是伪随机数字，程序每次执行时产生的序列是相同的。若要每一次运行程序都产生不同的序列，则需用函数`srand()`初始化随机数种子。

/* @brief   初始化随机数发生器
     * @param   种子
     * @header  stdlib.h
     */
    void srand(unsigned int seed)

`srand()`用来设置`rand()`产生随机数时的随机数种子。参数seed必须是个整数，如果每次seed都设相同值，`rand()`所产生的随机数序列每次就会一样。

### 选择随机数种子
#### 使用当前时钟作为种子
可以利用`srand((unsigned int)(time(NULL))`的方法，使用当前时钟作为种子传递给`srand()`。

## 产生随机数的用法

1. 给srand()提供一个种子；
2. 调用rand()，返回一个随机数(在0到MAX_INT之间)；
3. 根据需要多次调用rand()，从而不间断地得到新的随机数；

无论什么时候，都可以给srand()提供一个新的种子，从而进一步“随机化”rand()的输出结果。

## 产生一定范围的随机数

|随机数区间|生成表达式|
|--|
|[a,b)|(rand() % (b-a))+ a|
|[a,b]|(rand() % (b-a+1))+ a|
|(a,b]|(rand() % (b-a)) + a + 1|

上面几个表达式都是参照通用公式`a + rand() % n `生成的。其中的a是起始值，n是整数的范围。

## 生成[0, n-1]之间的k个不同随机数
怎么快速生成[0, n-1]之间的k个不同的随机顺序的随机整数？按照直觉，我们会通过不停地调用`rand() % n`来生成新的随机数，直到生成够k个为止来达成目的，这期间还用到了某种容器和搜索算法。然而，这种思路导出的代码复杂又低效。

实际上，有一个优美的实现可以达到要求：
```c
/* 生成[0, n-1]之间的k个不同随机数 */
void foo(int* a, int n, int k)
{
    int i;
    for(i = 0; i < n; ++i)
        a[i] = i;
    for(i = 0; i < k; ++i)
        swap(&a[i], &a[randint(i, n-1)]);
}
```

其中，`swap(int*, int*)`交换两个`int*`指针指向的内存单元的值，`randint(min, max)`生成[min, max]之间的随机数。