Евгений Легоцкой14 декабря 2017 г. 17:10

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

Содержание

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.

Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.
- блог компании
Поддержать автора Donate

Комментарии

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

Позвольте мне порекомендовать вам отличный хостинг, на котором расположен EVILEG.

В течение многих лет Timeweb доказывает свою стабильность.

Для проектов на Django рекомендую VDS хостинг

Посмотреть Хостинг
VD

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

  • Результат:73баллов,
  • Очки рейтинга1
Ds

C++ - Тест 003. Условия и циклы

  • Результат:64баллов,
  • Очки рейтинга-1
o

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

  • Результат:86баллов,
  • Очки рейтинга6
Последние комментарии
s

Django - Урок 023. Like Dislike система с помощью GenericForeignKey

все, я со всем разобрался!) Извините!)
s

Django - Урок 023. Like Dislike система с помощью GenericForeignKey

Доброго времени суток!) Я случайно набрел на вашу статью, и она помогла мне решить некоторые мои трудности, я прошел за вами по шагам, в попытках адаптировать это под себя, и возник вопрос. У ва…
R

Qt/C++ - Урок 026. Применение CallBack функции

Спасибо огромное!

Qt/C++ - Урок 026. Применение CallBack функции

Если не объявлять статической, то не соберётся. Не получится сделать привязку метода. Дело в том, что в процессе компиляции производится сборка с указанием конкретных участков кода в данном…
  • Anton
  • 4 августа 2020 г. 2:25

Django - Урок 039. Добавление личных сообщений и чатов на сайте - Часть 2 (Счётчик диалогов и чатов с непрочитанными сообщениями)

Может быть посоветуете как добавить необязательное поле + прокинуть его во вьюху что бы можно было отправлять небольшие документы.?
Сейчас обсуждают на форуме
s

Ключевое слово class

Если закоментить include , то ошибка будет такая : C2027(использование неопределённого типа "Autorization"). Если убрать ключевое слово class , то ошибки будет 3 : Ошибка C2143 син…

Как в Android открыть свернутое приложение?

Может быть поможет это

Динамическое изменение цветовой схемы material

как по мне, темы типа material хороши если вас полностью устраивает их стил, если пишете кастомный дизайн то имеет смысл отказаться

QT QGraphics преобразование координат

Добрый день. Да, можно перевести в координаты экрана. Используйте метод mapToGlobal() . В Qt документации на класс приводятся методы, которые внедрены в конкретном классе. В нач…
М

QML связь с моделью в C++

Спасибо.
О нас
Услуги
© EVILEG 2015-2020
Рекомендует хостинг TIMEWEB