Tại sao rand () + rand () tạo ra số âm?

Tôi quan sát thấy rand()chức năng thư viện khi nó được gọi chỉ một lần trong một vòng lặp, nó hầu như luôn tạo ra các số dương.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d\n", rand());
}

Nhưng khi tôi thêm hai rand()cuộc gọi, các số được tạo bây giờ có nhiều số âm hơn.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d = %d\n", rand(), (rand() + rand()));
}

Ai đó có thể giải thích tại sao tôi thấy số âm trong trường hợp thứ hai?

PS: Tôi khởi tạo hạt giống trước vòng lặp là srand(time(NULL)).

rand()được định nghĩa để trả về một số nguyên giữa 0và RAND_MAX.

rand() + rand()

có thể tràn. Những gì bạn quan sát có thể là kết quả của hành vi không xác định gây ra bởi tràn số nguyên.

Vấn đề là sự bổ sung. rand()trả về một intgiá trị của 0...RAND_MAX. Vì vậy, nếu bạn thêm hai trong số họ, bạn sẽ nhận được RAND_MAX * 2. Nếu vượt quá INT_MAX, kết quả của bổ sung sẽ vượt quá phạm vi hợp lệ mà an intcó thể giữ. Tràn đầy các giá trị đã ký là hành vi không xác định và có thể dẫn đến bàn phím của bạn nói chuyện với bạn bằng tiếng nước ngoài.

Vì không có lợi ở đây khi thêm hai kết quả ngẫu nhiên, ý tưởng đơn giản là không làm điều đó. Ngoài ra, bạn có thể truyền từng kết quả unsigned inttrước khi bổ sung nếu điều đó có thể giữ tổng. Hoặc sử dụng một loại lớn hơn. Lưu ý rằng longkhông nhất thiết phải rộng hơn int, tương tự áp dụng cho long longnếu intít nhất là 64 bit!

Kết luận: Chỉ cần tránh bổ sung. Nó không cung cấp thêm "tính ngẫu nhiên". Nếu bạn cần nhiều bit hơn, bạn có thể nối các giá trị sum = a + b * (RAND_MAX + 1), nhưng điều đó cũng có thể yêu cầu loại dữ liệu lớn hơn int.

Vì lý do đã nêu của bạn là để tránh kết quả bằng 0: Điều đó không thể tránh được bằng cách thêm kết quả của hai rand()cuộc gọi, vì cả hai đều có thể bằng không. Thay vào đó, bạn chỉ có thể tăng lên. Nếu RAND_MAX == INT_MAX, điều này không thể được thực hiện trong int. Tuy nhiên, (unsigned int)rand() + 1sẽ làm rất, rất có thể. Có khả năng (không dứt khoát), vì nó yêu cầu UINT_MAX > INT_MAX, điều này đúng với tất cả các triển khai mà tôi biết (bao gồm khá nhiều kiến ​​trúc nhúng, DSP và tất cả các nền tảng máy tính để bàn, thiết bị di động và máy chủ trong 30 năm qua).

Cảnh báo:

Mặc dù đã được bình luận ở đây, xin lưu ý rằng việc thêm hai giá trị ngẫu nhiên sẽ không có phân phối đồng đều, nhưng phân phối hình tam giác như lăn hai con xúc xắc: để có được 12(hai con xúc xắc) cả hai con xúc xắc phải hiển thị 6. vì 11đã có hai biến thể có thể: 6 + 5hoặc 5 + 6, v.v.

Vì vậy, việc bổ sung cũng là xấu từ khía cạnh này.

Cũng lưu ý rằng các kết quả rand()tạo ra không độc lập với nhau, vì chúng được tạo bởi một trình tạo số giả ngẫu nhiên . Cũng lưu ý rằng tiêu chuẩn không chỉ định phân phối chất lượng hoặc thống nhất của các giá trị được tính toán.

Đây là một câu trả lời để làm rõ câu hỏi được đưa ra trong nhận xét cho câu trả lời này ,

lý do tôi đã thêm là để tránh '0' là số ngẫu nhiên trong mã của tôi. rand () + rand () là giải pháp bẩn nhanh chóng xuất hiện trong tâm trí tôi.

Vấn đề là tránh 0. Có (ít nhất) hai vấn đề với giải pháp đề xuất. Một là, như các câu trả lời khác chỉ ra, rand()+rand()có thể gọi hành vi không xác định. Lời khuyên tốt nhất là không bao giờ gọi hành vi không xác định. Một vấn đề khác là không có gì đảm bảo rằng rand()sẽ không sản xuất 0 lần liên tiếp.

Việc sau đây từ chối số không, tránh hành vi không xác định và trong phần lớn các trường hợp sẽ nhanh hơn hai cuộc gọi đến rand():

int rnum;
for (rnum = rand(); rnum == 0; rnum = rand()) {}
// or do rnum = rand(); while (rnum == 0);

Về cơ bản rand()sản xuất số giữa 0và RAND_MAX, và 2 RAND_MAX > INT_MAXtrong trường hợp của bạn.

Bạn có thể mô đun với giá trị tối đa của kiểu dữ liệu của bạn để ngăn chặn tràn. Chương trình này sẽ phá vỡ sự phân phối của các số ngẫu nhiên, nhưng randchỉ là một cách để có được các số ngẫu nhiên nhanh chóng.

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    int i=0;

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %d \n", rand(), ((rand() % (INT_MAX/2))+(rand() % (INT_MAX/2))));

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %ld \n", rand(), ((rand() % (LONG_MAX/2))+(rand() % (LONG_MAX/2))));

    return 0;
}

Có thể bạn có thể thử một cách tiếp cận phức tạp hơn bằng cách đảm bảo rằng giá trị được trả về bằng tổng 2 rand () không bao giờ vượt quá giá trị của RAND_MAX. Một cách tiếp cận có thể có thể là sum = rand () / 2 + rand () / 2; Điều này sẽ đảm bảo rằng đối với trình biên dịch 16 bit có giá trị RAND_MAX là 32767 ngay cả khi cả hai rand xảy ra trả về 32767, thậm chí sau đó (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, do đó sẽ không dẫn đến tổng âm.

lý do tôi đã thêm là để tránh '0' là số ngẫu nhiên trong mã của tôi. rand () + rand () là giải pháp bẩn nhanh chóng xuất hiện trong tâm trí tôi.

Một giải pháp đơn giản (được thôi, gọi nó là "Hack") không bao giờ tạo ra kết quả bằng 0 và sẽ không bao giờ tràn ra là:

x=(rand()/2)+1    // using divide  -or-
x=(rand()>>1)+1   // using shift which may be faster
                  // compiler optimization may use shift in both cases

Điều này sẽ giới hạn giá trị tối đa của bạn, nhưng nếu bạn không quan tâm đến điều đó, thì điều này sẽ hoạt động tốt với bạn.

Để tránh 0, hãy thử điều này:

int rnumb = rand()%(INT_MAX-1)+1;

Bạn cần bao gồm limits.h.

Trong khi những gì mọi người khác đã nói về khả năng tràn rất có thể là nguyên nhân của tiêu cực, ngay cả khi bạn sử dụng số nguyên không dấu. Vấn đề thực sự là sử dụng chức năng thời gian / ngày làm hạt giống. Nếu bạn đã thực sự quen thuộc với chức năng này, bạn sẽ biết chính xác lý do tại sao tôi nói điều này. Như những gì nó thực sự làm là đưa ra một khoảng cách (thời gian trôi qua) kể từ một ngày / thời gian nhất định. Mặc dù việc sử dụng chức năng ngày / giờ làm hạt giống cho rand (), là một cách rất phổ biến, nhưng nó thực sự không phải là lựa chọn tốt nhất. Bạn nên tìm kiếm các lựa chọn thay thế tốt hơn, vì có nhiều giả thuyết về chủ đề này và tôi không thể đi sâu vào tất cả chúng. Bạn thêm vào phương trình này khả năng tràn và cách tiếp cận này đã bị tiêu diệt ngay từ đầu.

Những người đã đăng rand () + 1 đang sử dụng giải pháp được sử dụng nhiều nhất để đảm bảo rằng họ không nhận được số âm. Nhưng, cách tiếp cận đó thực sự không phải là cách tốt nhất.

Điều tốt nhất bạn có thể làm là dành thêm thời gian để viết và sử dụng xử lý ngoại lệ phù hợp và chỉ thêm vào số rand () nếu và / hoặc khi bạn kết thúc với kết quả bằng không. Và, để đối phó với số âm đúng. Chức năng rand () không hoàn hảo và do đó cần được sử dụng cùng với xử lý ngoại lệ để đảm bảo rằng bạn kết thúc với kết quả mong muốn.

Dành thêm thời gian và công sức để điều tra, nghiên cứu và thực hiện đúng chức năng rand () rất đáng để dành thời gian và công sức. Chỉ hai xu của tôi. Chúc may mắn trong nỗ lực của bạn...