C++ 标准库 <random>

C++ 标准库中的 <random> 头文件提供了一组用于生成随机数的工具。这些工具对于模拟、游戏开发、加密算法等领域非常有用。

在 C++ 中，随机数生成器（Random Number Generator, RNG）可以分为两大类：

  • 伪随机数生成器：它们使用确定性算法生成看似随机的数列。这些数列在理论上是可预测的，但通常对于大多数应用来说足够随机。
  • 真随机数生成器：它们基于物理过程（如热噪声、放射性衰变等）生成随机数，但 C++ 标准库不直接提供这类生成器。

C++ <random> 库提供了多种伪随机数生成器，包括：

  • std::mt19937：基于 Mersenne Twister 算法的生成器，是默认的随机数生成器。
  • std::minstd_rand0 和 std::minstd_rand：基于线性同余生成器的简化版本。
  • std::linear_congruential_engine：线性同余生成器的通用模板。
  • std::subtract_with_carry_engine：带借位的减法生成器。

此外，还有多种分布类，用于生成特定分布的随机数，如均匀分布、正态分布等。

语法

使用 <random> 库的基本步骤如下：

  • 包含头文件 <random>。
  • 创建一个随机数生成器对象。
  • 使用分布类生成随机数。

实例

生成基本的随机数

实例

#include <iostream>
#include <random>

int main() {
    // 创建一个基于 Mersenne Twister 的随机数生成器
    std::mt19937 generator;

    // 生成一个随机数
    std::cout << "Random number: " << generator() << std::endl;

    return 0;
}

输出结果：

Random number: 3499211612

注意：每次运行程序时，生成的随机数可能不同。

使用均匀分布

实例

#include <iostream>
#include <random>

int main() {
    // 创建随机数生成器
    std::mt19937 generator;

    // 创建一个均匀分布的随机数生成器，范围从 1 到 10
    std::uniform_int_distribution<int> distribution(1, 10);

    // 生成并打印 5 个随机数
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Random number: " << distribution(generator) << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出结果：

Random number: 7
Random number: 10
Random number: 6
Random number: 2
Random number: 4

每次运行程序时，输出的随机数序列可能不同。

使用正态分布

实例

#include <iostream>
#include <random>
#include <iomanip>

int main() {
    // 创建随机数生成器
    std::mt19937 generator;

    // 创建一个正态分布的随机数生成器，均值为 0，标准差为 1
    std::normal_distribution<double> distribution(0.0, 1.0);

    // 设置输出格式，保留两位小数
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2);

    // 生成并打印 5 个随机数
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "Random number: " << distribution(generator) << std::endl;
    }

    return 0;
}
Random number: -0.15
Random number: 0.13
Random number: -1.87
Random number: 0.46
Random number: -0.21