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C语言:随机数的实现/真随机与伪随机

当我们谈论随机数时,它并不仅仅是一些高深的编程概念,实际上,随机数在我们日常生活和计算机编程中有着广泛的应用。下面让我们看看在日常生活中,我们是如何与随机数打交道的:

1. 游戏和娱乐

无论是电子游戏、纸牌游戏还是骰子游戏,随机数都扮演着重要的角色。在游戏中,我们经常需要生成随机的事件、敌人行为、游戏地图布局等,以增加游戏的变化性和挑战性。同时,电子游戏中的随机数也用于生成虚拟物品的属性,使得游戏中的体验更加丰富多彩。

2. 密码学与安全

随机数在密码学中扮演了关键的角色。生成随机的密钥、初始化向量等对于保障密码算法的安全性至关重要。如果密码中的元素是可预测的,那么系统就会变得容易受到攻击。因此,随机数在保障我们的数字安全方面发挥了不可替代的作用。

3. 模拟实验与统计

在科学研究中,随机数被广泛用于模拟实验。例如,通过随机生成一些实验数据,科学家们可以进行各种假设和推断,从而更好地理解自然规律。此外,统计学中也经常使用随机数来进行抽样和建立概率模型,用于预测和分析各种现象。

C语言中的随机数实现

1. 引入头文件

首先,我们需要引入 <stdlib.h> 头文件,它包含了随机数生成相关的函数声明。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>

2. 初始化随机数生成器

在程序开始时,我们使用 srand() 函数初始化随机数生成器。

这条可以不用,等会着重说。

srand()//这里等会再说

3. 生成随机数

有了初始化的随机数生成器后,我们可以使用 rand() 函数来获取随机数。这个函数返回一个介于 0 和 RAND_MAX
之间的整数。如果我们想要在特定范围内生成随机数,可以通过取余和加法来实现。

// 生成 0 到 9 之间的随机数int pseudoRandomNum = rand() % 10;

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>  
int main() {  
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {        printf("伪随机数:%dn", rand() % 100);    }  
    return 0;}  

可以看到,我们成功的生成了0~99之间的随机数。

但是事实上这种随机数有一个非常致命的缺点。

就是每一次运行,这个随机数的顺序是固定的,这就不符合我们所追求的真正的随机问题,因为只要我们运行了一遍,我们就会知道下一遍的运行结果是什么。
那么,有什么办法可以真正的做到随机呢。这时候就要提到我们前面的那条初始化随机数生成器。

我们可以在srand函数中传入不同的参数,使得调用rand函数可以得到不同的结果。
所以,为了做到真正的随机,我们引入time.h库


#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>  
int main() {    // 初始化随机数生成器    srand(time(NULL));  
    // 生成 5 个随机数并输出    for (int i = 0; i < 5; ++i) {        printf("随机数:%dn", rand());    }  
    return 0;}

将时间作为随机因子传入初始化函数中来实现真正的随机。

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