Evgenii Legotckoi
Evgenii Legotckoi14 декабря 2017 г. 17:10

Qt/C++ - Урок 074. Генерация псевдослучайных чисел с использованием случайной библиотеки STD

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

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

Давайте посмотрим, как в Qt можно получить случайные значения и насколько они случайны.


qrand

Мы 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); // Setting a base number for counting a random in qrand
    return (qrand() % ((high + 1) - low) + low);
}

Первая функция просто генерирует случайное значение от наименьшего числа до наибольшего. Тогда как во втором с помощью функции qsrand задается базовое число, которое служит основой для генератора псевдослучайных чисел Qt, из которого генерируется число. Это базовое число может быть системным временем в миллисекундах.

Применяем эти 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); // Setting the base number for counting a random host in 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();
}

Получаем 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 случайными... А сколько? Если вы попытаетесь запустить программу несколько раз подряд, то увидите, что числа каждый раз будут одинаковыми, что не очень хорошо и явно не очень случайно.

Что касается второго варианта, то здесь все цифры оказались одинаковыми. Дело в том, что каждый раз мы пытались установить базовое число как одно и то же число. Ведь 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 то же самое. А когда вы установите базовый номер, генерация будет производиться с самого начала и в этом случае вы увидите, что она не очень случайна.

А теперь посмотрим, что нам предложили в Qt 5.10

QRandomGenerator

Приложение 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

На самом деле здесь будет повторяться та же проблема, что и с qrand, при повторном запуске программы вы увидите, что числа будут повторяться. В новостях о выпуске Qt 5.10 говорится, что этот класс работает лучше, чем обычный qrand, но на самом деле проблема остается прежней. Возможно, при более длительном тестировании внутри программы, в которой постоянно используется генерация случайных чисел, можно увидеть существенные отличия, но в рамках даже такой простой версии уже есть недостатки.

Что делать?

В попытках найти приемлемое решение для генерации случайных чисел для одного проекта мне удалось найти информацию о том, что в STD Library для стандарта C++11 есть библиотека random, в которой есть более приемлемый вариант генерации случайные числа. Реализация одной очень интересной библиотеки была найдена на Git Hub. На основе этой библиотеки я написал небольшой класс для генерации (читайте между строк, немного переписал для себя, чтобы разобраться).

Random.hpp

Реализованный здесь класс использует синглтон Майерса для выполнения статических методов получения случайных значений в определенном диапазоне. Гораздо проще вызвать один статический метод класса в нужном месте, чем каждый раз инициализировать все генераторы случайных чисел. Сам класс работает как с целыми типами, так и с типами 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; // Random Number Generator
    std::mt19937 m_mt;       // Standard random number generator

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

#endif // RANDOM_HPP

main.cpp

А теперь приложение

#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 этом случае мы фактически получим случайный вывод чисел, и числа не будут повторяться при каждом запуске программы. Что касается рандома, то в этом я убедился лично, когда использовал данный класс Random для генерации уровня в игре. Каждый раз расположение предметов в игре не повторялось. Чего было очень сложно добиться с помощью qrand.

Итак, C++11 предоставляет возможности для достаточно качественной генерации псевдослучайных чисел.

А вот ссылка на библиотеку с GitHub , на которой я изучал этот вопрос.

Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.

Вам это нравится? Поделитесь в социальных сетях!

Дмитрий
  • 29 октября 2020 г. 9:37
  • (ред.)

А использование функции global() не решает ли эти проблемы?

value = QRandomGenerator::global()->bounded(15, 43);

Получаемая последовательность каждый раз новая.

r
  • 17 января 2021 г. 4:09

Дмитрий, решает. Просто автор, видимо, не сильно озаботился изучением документации QRandomGenerator.
Да и в листинге с использованием qrand вызов функции qsrand на каждой итерации цикла наводит на мысль, что автор, мягко говоря, не очень понимает для чего это всё нужно.

Комментарии

Только авторизованные пользователи могут публиковать комментарии.
Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
АФ

C++ - Тест 004. Указатели, Массивы и Циклы

  • Результат:30баллов,
  • Очки рейтинга-10
ПЩ

C++ - Тест 004. Указатели, Массивы и Циклы

  • Результат:80баллов,
  • Очки рейтинга4
d

C++ - Тест 005. Структуры и Классы

  • Результат:50баллов,
  • Очки рейтинга-4
Последние комментарии
k
kmssr9 февраля 2024 г. 0:43
Qt Linux - Урок 001. Автозапуск Qt приложения под Linux как сделать автозапуск для флэтпака, который не даёт создавать файлы в ~/.config - вот это вопрос ))
АК
Анатолий Кононенко5 февраля 2024 г. 7:50
Qt WinAPI - Урок 007. Работаем с ICMP Ping в Qt Без строки #include <QRegularExpressionValidator> в заголовочном файле не работает валидатор.
EVA
EVA25 декабря 2023 г. 16:30
Boost - статическая линковка в CMake проекте под Windows Ошибка LNK1104 часто возникает, когда компоновщик не может найти или открыть файл библиотеки. В вашем случае, это файл libboost_locale-vc142-mt-gd-x64-1_74.lib из библиотеки Boost для C+…
J
JonnyJo25 декабря 2023 г. 14:38
Boost - статическая линковка в CMake проекте под Windows Сделал всё по-как у вас, но выдаёт ошибку [build] LINK : fatal error LNK1104: не удается открыть файл "libboost_locale-vc142-mt-gd-x64-1_74.lib" Хоть убей, не могу понять в чём дел…
G
Gvozdik19 декабря 2023 г. 3:01
Qt/C++ - Урок 056. Подключение библиотеки Boost в Qt для компиляторов MinGW и MSVC Для решения твой проблемы добавь в файл .pro строчку "LIBS += -lws2_32" она решит проблему , лично мне помогло.
Сейчас обсуждают на форуме
P
Pisych27 февраля 2023 г. 10:04
Как получить в массив значения из связанной модели? Спасибо, разобрался:))
AC
Alexandru Codreanu19 января 2024 г. 17:57
QML Обнулить значения SpinBox Доброго времени суток, не могу разобраться с обнулением значение SpinBox находящего в делегате. import QtQuickimport QtQuick.ControlsWindow { width: 640 height: 480 visible: tr…
BlinCT
BlinCT27 декабря 2023 г. 14:57
Растягивать Image на парент по высоте Ну и само собою дял включения scrollbar надо чтобы был Flickable. Так что выходит как то так Flickable{ id: root anchors.fill: parent clip: true property url linkFile p…
Дмитрий
Дмитрий10 января 2024 г. 10:18
Qt Creator загружает всю оперативную память Проблема решена. Удалось разобраться с помощью утилиты strace. Запустил ее: strace ./qtcreator Начал выводиться весь лог работы креатора. В один момент он начал считывать фай…
Evgenii Legotckoi
Evgenii Legotckoi12 декабря 2023 г. 12:48
Побуквенное сравнение двух строк Добрый день. Там случайно не высылается этот сигнал textChanged ещё и при форматировани текста? Если решиать в лоб, то можно просто отключать сигнал/слотовое соединение внутри слота и …

Следите за нами в социальных сетях