均匀分布随机函数的实现
前言
随机函数就是产生数的函数，C语言里使用rand(),srand()等随机函数实现随机数生成。
函数简介
int rand( void );
返回的是一个界于0～32767（0x7FFF）之间的伪随机数，包括0和32767。
C预先生成一组随机数，每次调用随机函数时从指针所指向的位置开始取值，因此使用rand()重复运行程序产生的随机数都是相同的，可以通过srand()函数来改变指针位置。
srand()会设置供rand()使用的随机数种子。如果在第一次使用rand()之前没有调用srand()，那么系统会自动调用srand()。而使用同种子相同的数调用 rand()会导致相同的随机数序列被生成。
void srand( unsigned int seed );
改变随机数表的指针位置（用seed变量控制）。
使用系统定时/计数器的值作为随机种子。每个种子对应一组根据算法预先生成的随机数，所以，在相同的平台环境下，不同时间产生的随机数会是不同的，相应的，若将srand（unsigned）time(NULL)改为srand(TP)（TP为任一常量），则无论何时运行、运行多少次得到的“随机数”都会是一组固定的序列，因此srand生成的随机数是伪随机数。
一般配合time(NULL)使用，因为时间每时每刻都在改变，产生的seed值都不同。
场景
使用rand函数生成的随机数严格满足正态分布。而在很多时候，我们希望随机数的生成不要满足正态分布，特别是在处理网络通信报文的时候。
例如，我们需要在交换机处理到海量报文时，能够使远端的从设备尽可能的分段同时向局端回应报文，以减轻局部报文处理压力。
均匀分布随机函数实现
开发环境
实现步骤
1）打开Qt Creater，创建GUI工程
2）在mainwindow.h中添加函数声明
void paintEvent(QPaintEvent *);
3）在mainwindow.cpp中添加函数实现
导入头文件
#include <QPainter>
实现void paintEvent(QPaintEvent *)函数
/* *Qt中函数paintEvent(QPaintEvent*)是被系统自动调用。 *paintEvent(QPaintEvent *)函数是QWidget类中的虚函数，用于ui的绘制，会在多种情况下被其他函数自动调用。 */ void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *) { QPainter painter(this); QPen pen; //画笔 pen.setColor(QColor(255,0,0)); //设置画笔颜色 painter.setPen(pen); //添加画笔 long int r[kSum] = {0}; int i = 0; int j = 0; do{ r[i] = Uniform(0, 300); i++; }while(i < kSum); while((j + 30) < (kSum + 30)){ painter.drawPoint(j, r[j]); j++; } }
4）添加随机函数实现代码
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define kSum 1000 //算法一 /* *均匀分布随机函数均匀化 */ double _uniform(double min, double max, long int *seed) { double t = 0; *seed = 2045 * (*seed) + 1; *seed = *seed - (*seed / 1048576) * 1048576; t = (*seed) / 1048576.0; t = min + (max - min) * t; return t; } /* *均匀分布随机函数产生随机数 */ long int Uniform(double min, double max) { long int s = 0; double r = 0; //srand((unsigned int)time(NULL)); /*同一个时间种子可能会从产生相同的随机数列*/ s = rand(); r = _uniform(min, max, &s); return ((long int)r); } //算法二 double AverageRandom(double min, double max) { int minInteger = (int)(min * 10000); int maxInteger = (int)(max * 10000); int randInteger = rand() * rand(); int diffInteger = maxInteger - minInteger; int resultInteger = randInteger % diffInteger + minInteger; return (resultInteger/10000.0); }
实现效果
小结
从图中可以看出，使用上述函数生成的随机数符合均匀分布。
本案例主要使用了Qt的绘图功能，用来直观展示生成随机数的效果。检验随机函数生成随机数的效果。
附录
最后附上该算法实现的全部代码：
//mainwindow.h #ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H #include <QMainWindow> namespace Ui { class MainWindow; } class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT public: explicit MainWindow(QWidget *parent = 0); ~MainWindow(); void paintEvent(QPaintEvent *); private: Ui::MainWindow *ui; }; #endif // MAINWINDOW_H
//mainwindow.cpp #include "mainwindow.h" #include "ui_mainwindow.h" #include <QPainter> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define kSum 1000 MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow) { ui->setupUi(this); } MainWindow::~MainWindow() { delete ui; } /* *均匀分布随机函数均匀化 */ double _uniform(double min, double max, long int *seed) { double t = 0; *seed = 2045 * (*seed) + 1; *seed = *seed - (*seed / 1048576) * 1048576; t = (*seed) / 1048576.0; t = min + (max - min) * t; return t; } /* *均匀分布随机函数产生随机数 */ long int Uniform(double min, double max) { long int s = 0; double r = 0; //srand((unsigned int)time(NULL)); /*同一个时间种子可能会从产生相同的随机数列*/ s = rand(); r = _uniform(min, max, &s); return ((long int)r); } /* *Qt中函数paintEvent(QPaintEvent*)是被系统自动调用。 *paintEvent(QPaintEvent *)函数是QWidget类中的虚函数，用于ui的绘制，会在多种情况下被其他函数自动调用。 */ void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *) { QPainter painter(this); QPen pen; //画笔 pen.setColor(QColor(255,0,0)); //设置画笔颜色 painter.setPen(pen); //添加画笔 long int r[kSum] = {0}; int i = 0; int j = 0; do{ r[i] = Uniform(0, 300); i++; }while(i < kSum); while((j + 30) < (kSum + 30)){ painter.drawPoint(j, r[j]); j++; } }
//main.cpp #include "mainwindow.h" #include <QApplication> int main(int argc, char *argv[]) { QApplication a(argc, argv); MainWindow w; w.show(); return a.exec(); }
