© EVILEG 2015-2018
Рекомендует хостинг
TIMEWEB

Qt/C++ - Урок 074. Генерация псевдослучайных чисел, использование STD библиотеки random

Qt, C++11, Random, qrand, qsrand, QRandomGenerator

Генерация случайных чисел может понадобиться, например, для расчёта урона от оружия в компьютерной игре или для представления графика из случайных чисел.

Qt предоставляет для генерации случайных числе функцию qrand , а также, начиная с Qt 5.10, класс QRandomGenerator.

Давайте разберём, как можно получить случайные значения в Qt, а также насколько они случайные.

qrand

Будем генерировать числа в диапазоне значений от и до. Для этого напишем две функции.

static int randomBetween(int low, int high)
{
    return (qrand() % ((high + 1) - low) + low);
}

static int randomBetween(int low, int high, int seed)
{
    qsrand(seed); // Установка базового числа для отсчёта рандома в qrand
    return (qrand() % ((high + 1) - low) + low);
}

Первая функция просто генерирует случайное значение от наименьшего числа до наибольшего. Тогда как во второй с помощью функции qsrand устанавливается базовое число, которое служит основанием для генератора псевдослучайных числе Qt, от которого и генерируется число. Таким базовым числом может быть системное время в миллисекундах.

Применим данные функции.

#include <QCoreApplication>
#include <QDateTime>
#include <iostream>

static int randomBetween(int low, int high)
{
    return (qrand() % ((high + 1) - low) + low);
}

static int randomBetween(int low, int high, int seed)
{
    qsrand(seed); // Установка базового числа для отсчёта рандома в qrand
    return (qrand() % ((high + 1) - low) + low);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    std::cout << "Random Qt 1 - ";
    for (int i = 0; i < 15; ++i)
    {
        std::cout << randomBetween(15, 43) << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "Random Qt 2 - ";
    for (int i = 0; i < 15; ++i)
    {
        std::cout << randomBetween(15, 43, QDateTime::currentMSecsSinceEpoch()) << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return a.exec();
}

Получим следующий вывод.

Random Qt 1 - 15 21 31 27 17 34 43 33 22 32 30 34 35 38 31 
Random Qt 2 - 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 37 

А теперь проанализируем полученный вывод.

В первом случае числа получились случайные... Но насколько? Если вы попробуете запустить программу несколько раз подряд, то увидите, что числа каждый раз будут одни и те же, что не очень хорошо и явно не очень случайно.

Что касается второго варианта, то здесь все числа получились одни и те же. Дело в том, что каждый раз мы пытались установить в качестве базового числа одни и то же число. Действительно, процессор с частотой в пару ГГц очень быстро выполнит тот простой цикл, а значит время в миллисекундах просто не успеет измениться, а значит и базовое число будет одинаковым. А при установке базового числа генерация будет производиться с самого начала и в данном случае вы увидите, что она не очень случайная.

А теперь посмотрим, что нам предложили в Qt 5.10

QRandomGenerator

Применение QRandomGenerator будет следующим

#include <QCoreApplication>
#include <iostream>

#include <QRandomGenerator>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    std::cout << "Random Qt 3 - ";
    QRandomGenerator generator;
    for (int i = 0; i < 15; ++i)
    {
        qint64 value = generator.generate() & std::numeric_limits<qint64>::max();
        std::cout << value << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return a.exec();
}

Вывод будет следующим

Random Qt 3 - 853323747 2396352728 3025954838 2985633182 2815751046 340588426 3587208406 298087538 2912478009 3642122814 3202916223 799257577 1872145992 639469699 3201121432 

По факту, здесь повторится та же проблема, что и у qrand , при многократном запуске программы вы увидите, что числа будут повторяться. В новости о выпуске Qt 5.10 сказано, что данный класс лучше функционирует, чем обычный qrand, но по факту проблема остаётся той же. Возможно при более длительном тестировании в рамках программы, которая постоянно использует генерацию случайных чисел можно увидеть существенные различия, но в рамках даже такого простого варианта уже заметны недостатки.

Что делать?

В попытках найти приемлемое решение для генерации случайных чисел для одного проекта, мне удалось найти информацию о том, что в составе STD Library для стандарта C++11 есть библиотека random , в которой есть более приемлемый вариант генерации случайных чисел. Вариант реализации одной очень интересной библиотеки удалось найти на Гит Хабе. На основе той библиотеки я написал небольшой класс для генерации (читайте между строк, немного переписал для себя, чтобы разобраться).

Random.hpp

Класс, который реализован здесь использует синглетон Майерса, чтобы сделать статические методы получения случайных значений в определённом диапазоне. Гораздо же проще вызывать в нужном месте один статический метод класса, чем каждый раз предварительно инициализировать все генераторы случайных чисел. Сам класс работает как с целочисленными типами, так и типами значений с плавающей запятой.

#ifndef RANDOM_HPP
#define RANDOM_HPP

#include <random>

namespace details
{
    /// True if type T is applicable by a std::uniform_int_distribution
    template<class T>
    struct is_uniform_int {
        static constexpr bool value =
                std::is_same<T,              short>::value ||
                std::is_same<T,                int>::value ||
                std::is_same<T,               long>::value ||
                std::is_same<T,          long long>::value ||
                std::is_same<T,     unsigned short>::value ||
                std::is_same<T,       unsigned int>::value ||
                std::is_same<T,      unsigned long>::value ||
                std::is_same<T, unsigned long long>::value;
    };

    /// True if type T is applicable by a std::uniform_real_distribution
    template<class T>
    struct is_uniform_real {
        static constexpr bool value =
                std::is_same<T,       float>::value ||
                std::is_same<T,      double>::value ||
                std::is_same<T, long double>::value;
    };
}

class Random
{
    template <class T> using IntDist = std::uniform_int_distribution<T>;
    template <class T> using RealDist = std::uniform_real_distribution<T>;

public:
    template <class T>
    static typename std::enable_if<details::is_uniform_int<T>::value, T>::type get(T from = std::numeric_limits<T>::min(), T to = std::numeric_limits<T>::max())
    {
        if (from > to) std::swap(from, to);
        IntDist<T> dist{from, to};
        return dist(instance().engine());
    }

    template <class T>
    static typename std::enable_if<details::is_uniform_real<T>::value, T>::type get(T from = std::numeric_limits<T>::min(), T to = std::numeric_limits<T>::max())
    {
        if (from > to) std::swap(from, to);
        RealDist<T> dist{from, to};
        return dist(instance().engine());
    }

    std::mt19937& engine() { return m_mt; }

protected:
    static Random& instance()
    {
        static Random inst;
        return inst;
    }

private:
    std::random_device m_rd; // Устройство генерации случайных чисел
    std::mt19937 m_mt;       // Стандартный генератор случайных чисел

    Random() : m_mt(m_rd()) {}
    ~Random() {}
    Random(const Random&) = delete;
    Random& operator = (const Random&) = delete;
};

#endif // RANDOM_HPP

main.cpp

А теперь применение

#include <QCoreApplication>

#include "Random.hpp"

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    std::cout << "Random STD  - ";
    for (int i = 0; i < 15; ++i)
    {
        std::cout << Random::get(15, 43) << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return a.exec();
}

Вывод

Random STD  - 38 29 36 38 21 32 33 39 31 15 33 16 36 38 35 

В данном случае мы действительно получим случайный вывод чисел, а также числа не будут повторяться при каждом запуске программы. Что касается случайности, то я убедился в этом лично, когда для генерации уровня в игре применил данный класса Random. Каждый раз расстановка объектов в игре не повторялась. Чего очень сложно было достичь с использованием qrand .

Так что из ништяков C++11 можно выделить достаточно качественную генерацию псевдослучайных чисел.

А вот и ссылка на библиотеку с Гит Хаба , по которой я изучал данный вопрос.

Комментарии

Комментарии

Только авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.
Пожалуйста, Авторизуйтесь или Зарегистрируйтесь
24 сентября 2018 г. 17:42
edorofeeva

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат 100баллов,
  • Очки рейтинга10
24 сентября 2018 г. 17:37
edorofeeva

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат 66баллов,
  • Очки рейтинга-1
23 сентября 2018 г. 14:38
No Names

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат 60баллов,
  • Очки рейтинга-1
Последние комментарии
24 сентября 2018 г. 15:09
Евгений Легоцкой

Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux

А вот здесь у меня есть пример использования supervisor. https://evileg.com/ru/post/3/ Вся статья вам там не интересна, интересен только шаг с настройкой supervisor. Он получается ...
24 сентября 2018 г. 15:00
avovana

Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux

Не могли бы дать ссылку на пример? Какое-то рабочее использование. Т.е. у меня есть Qt Gui App, которое я бы хотел запускать при старте системы и в случае, если оно грохнется. Если о чем Вы го...
24 сентября 2018 г. 14:55
Евгений Легоцкой

Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux

Если честно, то я не уверен, что это вообще можно реализовать через *.desktop файл. Я сделал предположение на основе того, что вы сказали про *.desktop и рестарт. Все варианты, котор...
24 сентября 2018 г. 14:47
avovana

Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux

Просто сейчас правлю сам файл example.desktop. Пытаюсь понять какую пару key=value мне нужно дописать.
24 сентября 2018 г. 14:42
Евгений Легоцкой

Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux

Ну я имел ввиду, что дописать в коде вот сюда то, о чём вы говорили про рестарт QString autorunContent("[Desktop Entry]\n" "Type=Application\n" ...
Сейчас обсуждают на форуме
24 сентября 2018 г. 16:47
Евгений_Канусовский@1981

Чтение файлов в python

Добрый вечер Евгений и форумчане! Столкнулся с проблемой чтения файлов в python: файлы с обычным текстом в формате las и txt читаются, например: ~Version information VERS.          ...
24 сентября 2018 г. 13:29
Евгений Легоцкой

Трансляция видео с помощью VLC по RTP

Добрый день! Я не сталкивался, но предположу, что нужно настроить Input Codec в VLC. В настройках есть секция Input Codec, возможно, что там установлено низкое разрешение. ...
21 сентября 2018 г. 8:25
Евгений Легоцкой

Прокси-модель, содержащая на 1 столбец больше, чем модель-источник.

Попробуйте ещё PySide 2 - это официально поддерживаемый пакет привязок Python к Qt, возможно, что там не будет таких проблем.
20 сентября 2018 г. 20:06
Евгений Легоцкой

Qt Installer Framework

Добрый день. Зачем собирать Qt Installer Framework-то из исходников? Я ещё понимаю Qt собирают из исходников статически (хотя тоже считаю по большей части бесполезной тратой времени),...
Присоединяйтесь к нам в социальных сетях