一、說(shuō)明

? ? ? ? Boost.Random 庫(kù)提供了許多隨機(jī)數(shù)生成器，可讓您決定應(yīng)如何生成隨機(jī)數(shù)。在 C++ 中，始終可以使用來(lái)自 cstdlib 的 std::rand() 生成隨機(jī)數(shù)。但是，使用 std::rand() 生成隨機(jī)數(shù)的方式取決于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方式。

? ? ? ? 當(dāng)包含頭文件 boost/random.hpp 時(shí)，您可以使用 Boost.Random 中的所有隨機(jī)數(shù)生成器和其他類和函數(shù)。

? ? ? ? 該庫(kù)的大部分已添加到 C++11 的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中。如果您的開發(fā)環(huán)境支持 C++11，您可以通過(guò)包含頭文件 random 并訪問(wèn)命名空間 std 來(lái)重寫本章中的 Boost.Random 示例。

二、示例代碼

? ? ? ? 示例 60.1。帶有 boost::random::mt19937 的偽隨機(jī)數(shù)

#include <boost/random.hpp>
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdint>
int main()
{
  std::time_t now = std::time(0);
  boost::random::mt19937 gen{static_cast<std::uint32_t>(now)};
  std::cout << gen() << '\n';
}

Example?60.1?

示例 60.1 訪問(wèn)隨機(jī)數(shù)生成器 boost::random::mt19937。運(yùn)算符 operator() 生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將其寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出。

boost::random::mt19937 生成的隨機(jī)數(shù)是整數(shù)。生成整數(shù)還是浮點(diǎn)數(shù)取決于您使用的特定生成器。所有隨機(jī)數(shù)生成器都定義類型 result_type 以確定隨機(jī)數(shù)的類型。 boost::random::mt19937 的 result_type 是 boost::uint32_t。

所有隨機(jī)數(shù)生成器都提供兩個(gè)成員函數(shù)：min() 和 max()。這些函數(shù)返回該隨機(jī)數(shù)生成器可以生成的最小和最大數(shù)字。

Boost.Random 提供的幾乎所有隨機(jī)數(shù)生成器都是偽隨機(jī)數(shù)生成器。偽隨機(jī)數(shù)生成器不會(huì)生成真正的隨機(jī)數(shù)。它們基于生成看似隨機(jī)數(shù)的算法。 boost::random::mt19937 是這些偽隨機(jī)數(shù)生成器之一。
偽隨機(jī)數(shù)生成器通常必須進(jìn)行初始化。如果它們用相同的值初始化，它們將返回相同的隨機(jī)數(shù)。這就是為什么在示例 60.1 中，std::time() 的返回值被傳遞給 boost::random::mt19937 的構(gòu)造函數(shù)。這應(yīng)該保證當(dāng)程序在不同的時(shí)間運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的隨機(jī)數(shù)。

偽隨機(jī)數(shù)對(duì)于大多數(shù)用例來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠好了。 std::rand() 也基于偽隨機(jī)數(shù)生成器，它必須用 std::srand() 初始化。不過(guò)Boost.Random提供了一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，可以生成真正的隨機(jī)數(shù)，只要操作系統(tǒng)有生成真正隨機(jī)數(shù)的源即可。

示例 60.2。帶有 boost::random::random_device 的實(shí)隨機(jī)數(shù)

#include <boost/random/random_device.hpp>
#include <iostream>
int main()
{
  boost::random::random_device gen;
  std::cout << gen() << '\n';
}

boost::random::random_device is a non-deterministic random number generator，這是一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，可以產(chǎn)生真正的隨機(jī)數(shù)。沒(méi)有需要初始化的算法。因此，預(yù)測(cè)隨機(jī)數(shù)是不可能的。非確定性隨機(jī)數(shù)生成器通常用于與安全相關(guān)的應(yīng)用程序。

boost::random::random_device 調(diào)用操作系統(tǒng)函數(shù)來(lái)生成隨機(jī)數(shù)。如果像示例 60.2 一樣調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，則 boost::random::random_device 在 Windows 上使用加密服務(wù)提供程序 MS_DEF_PROV，在 Linux 上使用 /dev/urandom 作為源。

如果您想使用其他來(lái)源，請(qǐng)調(diào)用 boost::random::random_device 的構(gòu)造函數(shù)，它需要一個(gè) std::string 類型的參數(shù)。如何解釋此參數(shù)取決于操作系統(tǒng)。在 Windows 上，它必須是加密服務(wù)提供商的名稱，在 Linux 上，它必須是設(shè)備的路徑。

請(qǐng)注意，如果您想使用 boost::random::random_device 類，則必須包含 boost/random/random_device.hpp。 boost/random.hpp 不提供此類。

示例 60.3。具有 bernoulli_distribution 的隨機(jī)數(shù) 0 和 1

#include <boost/random.hpp>
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdint>
int main()
{
  std::time_t now = std::time(0);
  boost::random::mt19937 gen{static_cast<std::uint32_t>(now)};
  boost::random::bernoulli_distribution<> dist;
  std::cout << dist(gen) << '\n';
}

Example?60.3

示例 60.3 使用偽隨機(jī)數(shù)生成器 boost::random::mt19937。此外，還使用了分布。分布是 Boost.Random 類，它將隨機(jī)數(shù)范圍從隨機(jī)數(shù)生成器映射到另一個(gè)范圍。雖然像 boost::random::mt19937 這樣的隨機(jī)數(shù)生成器具有內(nèi)置的隨機(jī)數(shù)下限和上限，可以使用 min() 和 max() 查看，但您可能需要不同范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。

示例 60.3 模擬投擲硬幣。因?yàn)橛矌胖挥袃蓚€(gè)面，隨機(jī)數(shù)生成器應(yīng)該返回 0 或 1。boost::random::bernoulli_distribution 是一個(gè)返回兩個(gè)可能結(jié)果之一的分布。

分布的使用類似于隨機(jī)數(shù)生成器：您調(diào)用運(yùn)算符 operator() 來(lái)接收隨機(jī)數(shù)。但是，您必須將隨機(jī)數(shù)生成器作為參數(shù)傳遞給分布。在示例 60.3 中，dist 使用隨機(jī)數(shù)生成器 gen 返回 0 或 1。

示例 60.4。 1 到 100 之間的隨機(jī)數(shù)，具有 uniform_int_distribution

#include <boost/random.hpp>
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdint>
int main()
{
  std::time_t now = std::time(0);
  boost::random::mt19937 gen{static_cast<std::uint32_t>(now)};
  boost::random::uniform_int_distribution<> dist{1, 100};
  std::cout << dist(gen) << '\n';
}

? ? ? ? Boost.Random 提供了多種分布。示例 60.4 使用了經(jīng)常需要的分布：boost::random::uniform_int_distribution。此分布可讓您定義所需的隨機(jī)數(shù)范圍。在示例 60.4 中，dist 返回 1 到 100 之間的一個(gè)數(shù)字。

? ? ? ? 請(qǐng)注意，dist 可以返回值 1 和 100。分布的下限和上限都包括在內(nèi)。

? ? ? ? 除了 boost::random::bernoulli_distribution 和 boost::random::uniform_int_distribution 之外，Boost.Random 中還有許多分布。例如，boost::random::normal_distribution 和 boost::random::chi_squared_distribution 等分布用于統(tǒng)計(jì)。