rand() 每次给出几乎相同的数字

Question

我正在学习 C，我想生成一个 0 到 6400 之间的数字。这是我想出的代码：

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

int main()
{
    srand(time(0));
    int i = (rand() % 6401);
    printf("Random number between 0 and 6400: %d\n", i);
    return 0;
}

当我从命令行编译并运行这段代码时，我得到了一些非常奇怪的结果：

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6282

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6282

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6285

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6285

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6289

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6289

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6292

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6292

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6295

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6298

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6298

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6302

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6302

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6305

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6305

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6308

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6308

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6311

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6311

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6315

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6315

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6318

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6318

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>a
Random number between 0 and 6400: 6321

K:\C\Labo\Oefeningen 2019>

这些数字都不同，但我希望在 0 到 6400 之间有一个稍微均匀的分布。奇怪的是，我在一小时前使用相同的 function 没有问题？ （我以前用它来生成较小的数字。）我确定我错过了一些非常愚蠢的东西，但我现在已经被困了一个小时。

编辑：我知道当您在同一秒内运行代码时它会给出相同的值。 我在执行之间等待了几秒钟（10-20），但我仍然得到相同的结果？ 这些值很少相同，它们只是 100% 的时间非常非常非常相似。 我该如何解决这个问题？

Answer 1

time()的分辨率为 1 秒。 因此，您的程序仅在平均经过半秒后才会生成不同的值。

如果您的编译器支持 C11，则可以使用更高分辨率的 function、 timespec_get() 。 你的srand(time(0)); 然后将转换为以下内容：

struct timespec ts;
timespec_get(&ts, TIME_UTC);
srand(ts.tv_nsec);

这里ts.tv_nsec是时间戳的纳秒部分，其分辨率应该足以满足您的目的。

如果您的编译器不支持 C11，您仍然可以获得比time()更好的随机种子源，分辨率约为毫秒（实际分辨率由CLOCKS_PER_SEC宏给出）： clock() function。 然后你的播种代码将是

srand(clock());

请注意，它实际上可能是一个不好的熵源，尤其是在您的操作系统不忙的情况下，因此程序将以某种可预测的速度运行。 这是因为clock()时代的开始与程序的执行有关，而不是与实时有关。 例如，最好使用clock()和time(0)的总和来获得更多不可预测的值：

srand(time(0)+clock());

Answer 2

计算机并不会真正生成随机数。 因此，当您在同一秒内执行两次代码时，它会返回相同的值。 为了获得更好的结果，您可以在 srand 中添加 getpid() 的值。

请记住，这仍然不是真正的随机。

Answer 3

如果您的rand被破坏，您可以尝试其中一种xorshift伪随机数生成器。 它们并不完美，但最终的实现非常短。 自己用可能就够了。

这是一个实现示例：我使用这个作为参考。

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

uint64_t    xorshift64s(uint64_t seed)
{
    static uint64_t i = 1;

    if (seed != 0)
        i = seed;
    i ^= i >> 12;
    i ^= i << 25;
    i ^= i >> 27;
    i *= 0x2545f4914f6cdd1d;
    return (i >> 32);
}


int main()
{
    srand(time(0));
    int i = (rand() % 6401);
    printf("rand    : Random number between 0 and 6400: %d\n", i);
    xorshift64s(time(0));
    int j = (xorshift64s(0) % 6401);
    printf("xorshift: Random number between 0 and 6400: %d\n", j);
    return 0;
}

Answer 4

如果其他人遇到这个问题，我想我找到了解决方法。 我知道这不是一个完美的解决方案，但它是唯一对我有用的解决方案。 我认为我的编译器中使用的随机数生成器根本不喜欢类似的种子。 使用此代码片段，它实际上会生成一些可接受的半随机数：

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

int main()
{
    srand((unsigned int)time(0) * 100000000);
    int i = (rand() % 6401);
    printf("Random number between 0 and 6400: %d\n", i);
    return 0;
}

这是我从 btw 获得垃圾箱编译器的地方： http://tdm-gcc.tdragon.net/download

Answer 5

rand生成的数字并不是真正随机的，它们是使用公式生成的。 这就是为什么播种是可能的和必要的。 根据使用的公式，种子和前几个随机数之间可能存在高度相关性。

解决方法是使用更好的公式（不是rand ），使用更随机的种子，或者在播种后浪费一些随机数。