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

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实现步骤

1)打开Qt Creater,创建GUI工程

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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

复制代码

/*
 *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++;
    }
}

复制代码

 

4)添加随机函数实现代码

复制代码

#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);
}

复制代码

 

实现效果

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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_OBJECTpublic:    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 1000MainWindow::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();
}
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