C中的rand（）函数即使在播种时也不是随机的

Question

这很可能是机器相关的问题，但我无法弄清楚可能出现的问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(int argc, char** argv) {

  srand(time(NULL));
  int r1 = rand();
  int r2 = rand();
  printf("%d %d\n", r1, r2);
}

我使用编译上面的代码

gcc randd.c

然后手动运行几次，第一个数字看起来非常相似，而第二个看起来是随机的：

1025720610 1435057801
1025737417 1717533050
1025754224 2000008299
1025771031 134999901
1025787838 417475150

对rand()第一次调用似乎与时间密切相关，并且随着时间的推移严格增加。 关于为什么会发生这种情况或如何解决它的任何想法？

这发生在OSX 10.11上

Answer 1

1. rand()非常糟糕，尽可能避免使用它。 在任何好的RNG中，即使种子接近（汉明距离），第一个值也将与随机无法区分。 在rand事实并非如此。
2. 如果你必须使用rand然后播种它，最好使用比时间更高的熵，并多次调用rand()而不是重新播种 - 调用 - 重播。

例如2，考虑：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(int argc, char** argv) {
  int t=time(NULL);
  srand(t);

  for(int i=0; i < 10; i++) {
    float r = (float)rand()/(float)(RAND_MAX);
    printf("%f\n", r);
  }
}

结果如下：

0.460600
0.310486
0.339473
0.519799
0.258825
0.072276
0.749423
0.552250
0.665374
0.939103

它仍然是一个糟糕的RNG但是当你允许它使用内部状态而不是给它另一个类似的种子时，至少范围更好。

Answer 2

这正是你应该期待的。 没有“随机数”这样的东西。 只有数字序列具有随机分布。 rand()函数生成这样的序列，但你没有给它机会，因为你不断重新播种它。 rand()生成的第一个数字很可能只是种子或种子本身的某些功能。 一些rand()函数可能会对种子进行散列以隐藏它，但这并不能使它们更好，因为rand()的契约是产生一个随机序列 。

如果你需要一系列随机数来运行多个程序，你必须做类似的事情（a）写一个调用srand()一次的程序，然后多次调用rand() ，并让你的其他程序要求IPC上该程序的随机数; （b）使用像/dev/urandom这样的东西; （c）使用类似random.org东西。