Случайное число в языке с. Генерация случайных чисел в языке си

Нижепредставленный класс полностью статический и содержит лишь один публичный (открытый) метод GetThreadRandom. Этот метод сделан методом, а не свойством, в основном из-за удобства: благодаря этому все классы, которым нужен экземпляр Random, будут зависеть от Func (делегат, указывающий на метод, не принимающий параметров и возвращающий значение типа Random), а не от самого класса Random. Если тип предназначен для работы в одном потоке, он может вызвать делегат для получения единого экземпляра Random и после чего использовать его повсюду; если же тип должен работать в многопоточных сценариях, он может вызывать делегат каждый раз, когда ему требуется генератор случайных чисел. Нижеприведенный класс создаст столько экземпляров класса Random, сколько есть потоков, и каждый экземпляр будет стартовать с различного начального значения. Если нам нужно использовать провайдер случайных чисел как зависимость в других типах, мы можем сделать так: new TypeThatNeedsRandom(RandomProvider.GetThreadRandom) . Ну а вот и сам код:
using System; using System.Threading; public static class RandomProvider { private static int seed = Environment.TickCount; private static ThreadLocal randomWrapper = new ThreadLocal(() => new Random(Interlocked.Increment(ref seed))); public static Random GetThreadRandom() { return randomWrapper.Value; } }
Достаточно просто, не правда ли? Всё потому, что весь код направлен на выдачу правильного экземпляра Random. После того, как экземпляр создан и возвращён, совершенно неважно, что вы будете с ним делать дальше: все дальнейшие выдачи экземпляров совершенно не зависят от текущего. Конечно, клиентский код имеет лазейку для злонамеренного неправильного использования: он может получить один экземпляр Random и передать его в другие потоки вместо вызова в тех, других потоках, нашего RandomProvider.

Проблемы с дизайном интерфейса

Было бы очень приятно, если бы провайдеры ГСЧ в фреймворке имели отдельные «источники случайности». В таком случае мы могли бы иметь единый простой и удобный API, который бы поддерживался как небезопасной-но-быстрой реализацией, так и безопасной-но-медленной. Что-ж, мечтать не вредно. Возможно, подобный функционал появится в следующих версиях.NET Framework. Возможно, кто-то не из Microsoft предложит свою реализацию адаптера. (К сожалению, я не буду этим кем-то… правильная реализация подобной задумки удивительно сложна.) Вы также можете создать свой класс, отнаследовав его от Random и переопределив методы Sample и NextBytes, однако неясно, как именно они должны работать, и даже собственная реализация Sample может быть намного сложнее, нежели кажется. Может быть, в следующий раз…

Очень часто в программах возникает необходимость использования случайных чисел - от заполнения массива до криптографии. Для получения последовательности случайных чисел в языке C# имеется класс Random . Этот класс предусматривает два конструктора:

• Random () - инициализирует экземпляр класса Random с помощью начального значения, зависящего от текущего времени. Как известно, время может быть представлено в тиках - 100-наносекундных импульсах, начиная с 1 января 0001 года. И значение времени в тиках представляет собой 64-битное целое число, которое и будет использоваться для инициализации экземпляра генератора случайных чисел.
• Random (Int32 ) - инициализирует экземпляр класса Random с помощью указанного начального значения. Такая инициализация генератора случайных чисел может быть удобна на этапе отладки программы, поскольку в этом случае при каждом запуске программы будут генерироваться одни и те же "случайные" числа.

• Next() - возвращает случайное целое неотрицательное число формата Int32 .
• Next(Int32 ) - возвращает случайное целое неотрицательное число, которое меньше указанного значения.
• Next(Int32 min, Int32 max) - возвращает случайное целое число в указанном диапазоне. При этом должно соблюдаться условие min

• NextBytes(Byte ) - заполняет элементы указанного массива байтов случайными числами.
• NextDouble() - возвращает случайное число с плавающей запятой, в диапазоне )
  break ; // совпадение найдено, элемент не подходит
  }
  if (j == i)
  { // совпадение не найдено
  a[i] = num; // сохраняем элемент
  i++; // переходим к следующему элементу
  }
  }
  for (int i = 0; i < 100; i++)
  {
  
  if (i % 10 == 9)
  Console .WriteLine();
  }
  Console .ReadKey();
  }
  }
  }

  

  Однако чем ближе к концу массива, тем больше генераций необходимо производить для получения неповторяющегося значения.
  Следующий пример отображает количество вызовов метода Next() для получения каждого элемента, а также общее количество сгенерированных случайных чисел для заполнения массива из 100 элементов неповторяющимися значениями.

  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11
  12
  13
  14
  15
  16
  17
  18
  19
  20
  21
  22
  23
  24
  25
  26
  27
  28
  29
  30
  31
  32
  33
  34
  35
  36
  37
  38
  39
  40
  41
  42
  43
  44
  45
  46
  47
  48
  49
  50
  51
  52
  53

  using System;
  namespace MyProgram
  {
  class Program
  {
  static void Main(string args)
  {
  Random rnd = new Random ();
  int a = new int ; // массив элементов
  int count = new int ; // массив количества генераций
  a = rnd.Next(0, 101);
  int c = 0; // счетчик количества генераций
  count = 1; // a генерируется только 1 раз
  for (int i = 1; i < 100;)
  {
  int num = rnd.Next(0, 101);
  c++; // сгенерировали элемент еще один раз
  int j;
  for (j = 0; j < i; j++)
  {
  if (num == a[j])
  break ;
  }
  if (j == i)
  {
  a[i] = num; i++;
  count[i] = c; c = 0; // сохраняем количество генераций
  }
  }
  // Вывод значений элементов
  Console .WriteLine("Значения элементов" );
  for (int i = 0; i < 100; i++)
  {
  Console .Write("{0,4} " , a[i]);
  if (i % 10 == 9)
  Console .WriteLine();
  }
  Console .WriteLine();
  // Вывод количества генераций
  Console .WriteLine("Количество генераций элементов" );
  int sum = 0;
  for (int i = 0; i < 100; i++)
  {
  sum += count[i];
  Console .Write("{0,4} " , count[i]);
  if (i % 10 == 9)
  Console .WriteLine();
  }
  Console .WriteLine("Общее количество генераций - {0}" , sum);
  Console .ReadKey();
  }
  }
  }
  

  void Main(string args)
  {
  Random rnd = new Random ();
  int a = new int ;
  for (int i = 0; i < 100; i++)
  a[i] = i;
  for (int i = 0; i < 50; i++)
  {
  int i1 = rnd.Next(0, 100); // первый индекс
  int i2 = rnd.Next(0, 100); // второй индекс
  // обмен значений элементов с индексами i1 и i2
  int temp = a;
  a = a;
  a = temp;
  }
  Console .WriteLine("Значения элементов" );
  for (int i = 0; i < 100; i++)
  {
  Console .Write("{0,4} " , a[i]);
  if (i % 10 == 9)
  Console .WriteLine();
  }
  Console .ReadKey();
  }
  }
  }

  

  Перемешивание значений является более эффективным если диапазон значений совпадает с их количеством (или близок к нему), поскольку в этом случае значительно сокращается количество генераций случайных элементов.

  Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.

  Иногда может возникнуть необходимость в генерации случайных чисел. Простой пример.

  Пример: Определение победителя в конкурсе репостов.

  Имеется список из 53 человек. Необходимо выбрать из них победителя. Если вы выберете его самостоятельно, то вас могут обвинить в предвзятости. Поэтому вы решили написать программу. Она будет работать следующим образом. Вы вводите количество участников N , после чего программа выводит одно число – номер победителя.

  Как получить число от игрока, вам уже известно. А вот как заставить компьютер загадать случайное число? В этом уроке вы этому научитесь.

  Функция rand().

  Данная функция возвращает случайное целое число в диапазоне от нуля до RAND_MAX . RAND_MAX это специальная константа языка Си, в которой содержится максимальное целое число, которое может быть возвращено функцией rand() .

  Функция rand() определена в заголовочном файле stdlib.h . Поэтому, если хотите использовать rand в своей программе, не забудьте подключить этот заголовочный файл. Константа RAND_MAX тоже определена в этом файле. Вы можете найти этот файл у себя на компьютере и посмотреть её значение.

  Давайте посмотрим на эту функцию в действии. Запустим следующий код:

  Листинг 1.

  #include // чтобы пользоваться функцией printf #include // чтобы пользоваться функцией rand int main(void) { /* генерируем пять случайных целых чисел */ printf("%d\n", rand()); printf("%d\n", rand()); printf("%d\n", rand()); printf("%d\n", rand()); printf("%d\n", rand()); }

  Должно получиться что-то вроде этого.

  Рис.1 Пять случайных чисел, сгенерированных функцийе rand

  Но нам бы хотелось получить числа от 1 до 53 , а не всё подряд. Ниже описано несколько трюков, позволяющих наложить ограничения на функцию rand() .

  Ограничить случайные числа сверху.

  Кто в школе ждал момента, когда ему пригодится математика, приготовьтесь. Этот момент наступил. Чтобы ограничить сверху случайные числа, можно воспользоваться операцией получения остатка от деления, которую вы изучили в прошлом уроке. Наверное вы знаете, что остаток от деления на числа K всегда меньше числа K . Например, при делении на 4 могут получиться остатки 0, 1, 2 и 3 . Поэтому если вы хотите ограничить сверху случайные числа числом K , то просто возьмите остаток от деления на K . Вот так:

  Листинг 2.

  #include #include int main(void) { /* генерируем пять случайных целых чисел меньших 100 */ printf("%d\n", rand()%100); printf("%d\n", rand()%100); printf("%d\n", rand()%100); printf("%d\n", rand()%100); printf("%d\n", rand()%100); }

  
  

  Рис.2 Пять случайных чисел меньше 100

  Ограничить числа снизу.

  Функция rand возвращает случайные числа из отрезка . А что если нам нужны только числа большие числа M (например, 1000 )? Как быть? Всё просто. Просто прибавим к тому, что вернула функция rand, наше значение M . Тогда если функция вернёт 0 , итоговый ответ будет M , если 2394 , то итоговый ответ будет M + 2394 . Этим действием мы как бы сдвигаем все числа на M единиц вперёд.

  Задать границы функции rand сверху и снизу.

  Например, получить числа от 80 до 100 . Кажется, нужно просто объединить два способа, которые приведены выше. Получим что-то вроде этого:

  Листинг 3.

  #include #include int main(void) { /* генерируем пять случайных целых чисел больших 80 и меньших 100 */ printf("%d\n", 80 + rand()%100); printf("%d\n", 80 + rand()%100); printf("%d\n", 80 + rand()%100); printf("%d\n", 80 + rand()%100); printf("%d\n", 80 + rand()%100); }

  Попробуйте запустить эту программу. Удивлены?

  Да, такой способ работать не будет. Давайте прокрутим эту программу руками, чтобы убедиться в том, что мы допустили ошибку. Допустим rand() вернула число 143 . Остаток от деления на 100 равен 43 . Дальше 80 + 43 = 123 . Значит такой способ не работает. Подобная конструкция выдаст числа от 80 до 179 .

  Давайте разберём по действиям наше выражение. rand()%100 может выдать числа от 0 до 99 включительно. Т.е. из отрезка .
  Операция + 80 сдвигает наш отрезок на 80 единиц вправо. Получаем .
  Как видим, проблема у нас заключается в правой границе отрезка, она сдвинута вправо на 79 единиц. Это наше исходное число 80 минус 1 . Давайте наведём порядок и сдвинем правую границу назад: 80 + rand()%(100 - 80 + 1) . Тогда всё должно сработать как надо.

  В общем случае если нам нужно получить числа из отрезка , то необходимо воспользоваться следующей конструкцией:
  A + rand()%(B-A+1) .

  Согласно этой формуле перепишем нашу последнюю программу:

  Листинг 4.

  #include #include int main(void) { /* генерируем пять случайных целых чисел из отрезка */ printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 80 + 1)); printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 79)); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); }

  Результат работы:

  
  

  Рис.3 Случайные числа из диапазона

  Ну вот, теперь вы можете решить исходную задачу урока. Сгенерировать число из отрезка . Или не можете?

  Но прежде ещё немного полезной информации. Запустите последнюю программу три раза подряд и записывайте себе случайные числа, которые она генерирует. Заметили?

  Функция srand().

  Да, каждый раз появляются одни и те же одинаковые числа. «Так себе генератор!» – скажете вы. И будете не совсем правы. Действительно, генерируются всё время одинаковые числа. Но мы можем на это повлиять, для этого используется функция srand() , которая также определена в заголовочном файле stdlib.h . Она инициализирует генератор случайных чисел начальным числом.

  Скомпилируйте и запустите несколько раз вот эту программу:

  Листинг 5.

  #include #include int main(void) { srand(2); /* генерируем пять случайных целых чисел из отрезка */ printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 80 + 1)); printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 79)); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); }

  Теперь поменяйте аргумент функции srand() на другое число (надеюсь вы ещё не забыли, что такое аргумент функции?) и снова скомпилируйте и запустите программу. Последовательность чисел должна измениться. Как только мы меняем аргумент в функции srand – меняется и последовательность. Не очень практично, не правда ли? Чтобы изменить последовательность, нужно перекомпилировать программу. Вот бы это число туда подставлялось автоматически.

  И это можно сделать. Например, воспользуемся функцией time() , которая определена в заголовочном файле time.h . Данная функция, если ей в качестве аргумента передать NULL , возвращает количество секунд, прошедших c 1 января 1970 года . Вот посмотрите, как это делается.

  Листинг 6.

  #include #include #include // чтобы использовать функцию time() int main(void) { srand(time(NULL)); /* генерируем пять случайных целых чисел из отрезка */ printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 80 + 1)); printf("%d\n", 80 + rand()%(100 - 79)); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); printf("%d\n", 80 + rand()%21); }

  Вы спросите, а что такое NULL ? Резонный вопрос. А я вам пока отвечу, что это специальное зарезервированное слово такое. Могу ещё сказать, что им обозначает нулевой указатель, но т.к. это для вас никакой информации не несёт, то на данный момент рекомендую об этом не думать. А просто запомнить как некоторый хитрый трюк. В будущих уроках мы остановимся на этой штуке поподробнее.

  У нас есть последовательность чисел, состоящая из практически независимых элементов, которые подчиняются заданному распределению. Как правило, равномерному распределению.

  Сгенерировать случайные числа в Excel можно разными путями и способами. Рассмотрим только лучше из них.

  Функция случайного числа в Excel

  1. Функция СЛЧИС возвращает случайное равномерно распределенное вещественное число. Оно будет меньше 1, больше или равно 0.
  2. Функция СЛУЧМЕЖДУ возвращает случайное целое число.

  Рассмотрим их использование на примерах.

  Выборка случайных чисел с помощью СЛЧИС

  Данная функция аргументов не требует (СЛЧИС()).

  Чтобы сгенерировать случайное вещественное число в диапазоне от 1 до 5, например, применяем следующую формулу: =СЛЧИС()*(5-1)+1.

  Возвращаемое случайное число распределено равномерно на интервале .

  При каждом вычислении листа или при изменении значения в любой ячейке листа возвращается новое случайное число. Если нужно сохранить сгенерированную совокупность, можно заменить формулу на ее значение.

  1. Щелкаем по ячейке со случайным числом.
  2. В строке формул выделяем формулу.
  3. Нажимаем F9. И ВВОД.

  Проверим равномерность распределения случайных чисел из первой выборки с помощью гистограммы распределения.

  
  

  Диапазон вертикальных значений – частота. Горизонтальных – «карманы».

  

  Функция СЛУЧМЕЖДУ

  Синтаксис функции СЛУЧМЕЖДУ – (нижняя граница; верхняя граница). Первый аргумент должен быть меньше второго. В противном случае функция выдаст ошибку. Предполагается, что границы – целые числа. Дробную часть формула отбрасывает.

  Пример использования функции:

  

  Случайные числа с точностью 0,1 и 0,01:

  

  Как сделать генератор случайных чисел в Excel

  Сделаем генератор случайных чисел с генерацией значения из определенного диапазона. Используем формулу вида: =ИНДЕКС(A1:A10;ЦЕЛОЕ(СЛЧИС()*10)+1).

  

  Сделаем генератор случайных чисел в диапазоне от 0 до 100 с шагом 10.

  

  Из списка текстовых значений нужно выбрать 2 случайных. С помощью функции СЛЧИС сопоставим текстовые значения в диапазоне А1:А7 со случайными числами.

  

  Воспользуемся функцией ИНДЕКС для выбора двух случайных текстовых значений из исходного списка.

  

  Чтобы выбрать одно случайное значение из списка, применим такую формулу: =ИНДЕКС(A1:A7;СЛУЧМЕЖДУ(1;СЧЁТЗ(A1:A7))).

  

  Генератор случайных чисел нормального распределения

  Функции СЛЧИС и СЛУЧМЕЖДУ выдают случайные числа с единым распределением. Любое значение с одинаковой долей вероятности может попасть в нижнюю границу запрашиваемого диапазона и в верхнюю. Получается огромный разброс от целевого значения.

  Нормальное распределение подразумевает близкое положение большей части сгенерированных чисел к целевому. Подкорректируем формулу СЛУЧМЕЖДУ и создадим массив данных с нормальным распределением.

  Себестоимость товара Х – 100 рублей. Вся произведенная партия подчиняется нормальному распределению. Случайная переменная тоже подчиняется нормальному распределению вероятностей.

  При таких условиях среднее значение диапазона – 100 рублей. Сгенерируем массив и построим график с нормальным распределением при стандартном отклонении 1,5 рубля.

  Используем функцию: =НОРМОБР(СЛЧИС();100;1,5).

  Программа Excel посчитала, какие значения находятся в диапазоне вероятностей. Так как вероятность производства товара с себестоимостью 100 рублей максимальная, формула показывает значения близкие к 100 чаще, чем остальные.

  Перейдем к построению графика. Сначала нужно составить таблицу с категориями. Для этого разобьем массив на периоды:

  

  На основе полученных данных сможем сформировать диаграмму с нормальным распределением. Ось значений – число переменных в промежутке, ось категорий – периоды.