如何在c / c ++中的无符号char数组中生成n个随机1？

Question

这是一个与我刚刚问过的问题不同的问题，它更具挑战性。

我有一个无符号字符数组，比如说无符号字符A [16]。 我需要生成一个掩码向量，该向量将应用于我的数组A [16]。

它应包含n个数字“ 1”，其中0 <n <16 * 8（掩码向量可以是数组B [16]，只要该数组中有n个数字“ 1”）

我还需要在向量中随机分布n个数字“ 1”。

如何在c / c ++中做到这一点？

谢谢！

编辑：我的想法如下：我将生成n个随机数（需要进行检查以确保所有n个数字都不相同）并将它们存储在数组tmp [n]中。 然后，基于移位生成掩模。

srand(time(0));
for(i = 0; i < n; i++){
  for(j = 0; j < i; j++) 
    while(tmp[i] == tmp[j])  // to make sure all n random numbers are different
      tmp[i] = rand()%128;

unsigned char mask[16] 
for(i = 0; i < n; i++) 
  mask[16] |= (1 << tmp[i]);  //generate mask

Answer 1

生成随机(i,j)对，其中i < 16和j < 8 。 如果未设置位置B[i]&(1<<j) ，则对其进行设置并递增“计数”。 循环直到“计数”达到“ n”。

一点代码（未经测试）：

void generate_n_bit_mask ( unsigned char B[], int n )
{
    // avoid infinite loop later on.
    for ( int i=0; (i < 16); ++i ) {
        B[i] = 0;
    }
    // invariant: k is number of currently masked bits.
    for ( int k = 0; (k < n); )
    {
        // select bit at random.
        int i = rand() % 16;
        int j = rand() %  8;
        unsigned char mask = 1 << j;
        // set it if not selected previously.
        if ( (B[i]&mask) == 0 ) {
            B[i] |= mask, ++k;
        }
    }
}

挑战练习：从代码中删除魔术常数16 。

编辑 ：您的注释中建议的修改包含一个讨厌的错误。 这是一个测试程序，用于处理在输出掩码中分配位的方式。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <ctime>

void generate_n_bit_mask ( unsigned char B[], int n )
{
    // avoid infinite loop later on.
    for ( int i=0; (i < 16); ++i ) {
        B[i] = 0;
    }
    // invariant: k is number of currently masked bits.
    for ( int k = 0; (k < n); )
    {
        // select bit at random.
        int i = std::rand() % 16;
        int j = std::rand() %  8;
        unsigned char mask = 1 << j;
        // set it if not selected previously.
        if ( (B[i]&mask) == 0 ) {
            B[i] |= mask, ++k;
        }
    }
    int j = 0;
}

// count number of set bits in a byte.
int bit_count ( unsigned char x )
{
    int n = 0;
    for ( int i = 0; (i < 8); ++i ) {
        n += ((x >> i) & 1);
    }
    return (n);
}

// count number of set bits in 16 bytes.
int total_bit_count ( unsigned char B[] )
{
    int n = 0;
    for ( int i = 0; (i < 16); ++i ) {
        n += bit_count(B[i]);
    }
    return (n);
}

int main ( int, char ** )
{
    std::srand(std::time(0));
    unsigned char B[16];
    // for all possible values of "n"
    for ( int i = 0; (i <= 16*8); ++i )
    {
        // generate a 16 byte mask with "n" set bits.
        generate_n_bit_mask(B, i);
        // verify that "n" bits are set.
        int n = total_bit_count(B);
        if ( n != i ) {
            std::cout << i << ": " << n << std::endl;
        }
    }
}

运行此程序时，它将尝试从0到16*8每个n值，并生成一个具有n位的随机掩码，然后验证是否正确设置了n位。 如果发生任何错误（对于n某个值，则设置了一些k!=n位），将输出一条消息。

如果将条件更改为if ( (B[i]^mask) != 0 ) ，则输出中将出现一致的错误。 每次运行都会产生至少1条错误消息。 原始条件if ( (B[i]&mask) == 0 )始终产生0条错误消息。

Answer 2

您有一个由16个unsigned char的数组，可以将其视为16 * 8位。 要生成其中包含n 1个位的随机掩码，请生成一个范围为[0，16 * 8）的随机位置，并将相应的位设置为1。如果该位以前为零，则只需将一个位添加到阵列。 重复此过程，直到您添加了n位。