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此标头引入了随机数生成功能。该库允许使用生成器和分布的组合生成随机数。
- 生成器：生成均匀分布的数字的对象。
- 分布：将生成器生成的数字序列转换为遵循特定随机变量分布（如均匀、正态或二项式）的数字序列的对象。
发电机
一、伪随机数引擎： 他们使用一种算法根据初始种子生成随机数。
1. linear_congruential_engine：它是 STL 库中生成随机无符号整数的最简单引擎。它如下：
x = (a.x +c) mod m Where x= current state value a = multiplier parameter ; if m is not zero, this parameter should be lower than m. c = increment parameter ; if m is not zero, this parameter should be lower than m. m = modulus parameter 复制代码
- operator()： 它生成随机数。
- min： 它给出成员 operator() 返回的最小值。
- max： 它给出成员 operator() 返回的最大值。
// C++程序，用于说明在linear_congruential_engine中使用operator()、max和min #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; // 驱动程序 int main (){ unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); minstd_rand0 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
211182246 is a random number between 1 and 2147483646 复制代码
2. mersenne_twister_engine： 是基于梅森费尔托斯特算法的随机数引擎。它在区间 [0， （2^w）-1] 内生成高质量的无符号整数随机数。
其中“w”是字大小：状态序列中每个字的位数。
- operator()： 它生成随机数。
- min： 它返回成员operator()返回的最小值，对于mersenne_twister_engine，该值始终为零。
- max： 它返回成员operator()返回的最大值，对于mersenne_twister_engine为 2w-1（其中 w 是字大小）。
// C++程序，用于说明在mersenne_twister_engine中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; // 驱动程序 int main (){ unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); mt19937 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
3348201622 is a random number between 0 and 4294967295 复制代码
3. subtract_with_carry_engine： 是一种产生无符号整数的伪随机数生成器引擎。
使用的算法是一个滞后斐波那契生成器，具有 r 个整数元素的状态序列，加上一个进位值。
- operator() ：它生成随机数。
- max：它返回成员operator()返回的最大值，对于 subtract_with_carry_engine 为 （2^w）-1，其中 'w' 是单词大小。
- min：它返回成员operator()返回的最小值，对于 subtract_with_carry_engine，该值始终为零。
// C++程序，用于说明减法器with_carry_engine中operator()、min和max的用法 #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; // 驱动程序 int main (){ unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); subtract_with_carry_engine<unsigned, 24, 10, 24> generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
8606455 is a random number between 0 and 16777215 复制代码
II.随机数生成器：它是一种产生非确定性随机数的随机数生成器。
- random_device：它是真正的随机数生成器。
- operator() ：它返回一个新的随机数。
- min：它返回成员operator()返回的最小值，对于random_device，该值始终为零。
- max：它返回成员operator() 返回的最大值。
// C++程序，用于说明在random_device中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <random> using namespace std; //驱动程序 int main () { random_device example; cout << "default random_device characteristics:" << endl; cout << "minimum: " << example.min() << endl; cout << "maximum: " << example.max() << endl; cout << "entropy: " << example.entropy() << endl; cout << "a random number: " << example() << endl; return 0; } 复制代码
输出：
default random_device characteristics: minimum: 0 maximum: 4294967295 entropy: 0 a random number: 3705944883 复制代码
III. 伪随机数引擎（ 实例化）：这些是生成器引擎和适配器的特定实例化：
1. default_random_engine：这是一个生成伪随机数的随机数引擎类。
- min：它返回 operator（） 给出的最小值。
- max：它返回operator() 给出的最大值。
- operator() ：它返回一个新的随机数。
- 该函数将内部状态更改 1，根据给定的算法修改状态值：
x= (a.x + c)mod m Where x= current state value a and c = respective class template parameters m = class template parameter 复制代码
// C++程序，用于说明在default_random_engine中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; // 驱动程序 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); minstd_rand0 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
201066682 is a random number between 1 and 2147483646 复制代码
2. minstd_rand： 生成伪随机数;它类似于线性全余生成器
- operator()： 它返回一个新的随机数。该函数将内部状态更改 1，根据以下算法修改状态值：
x = (a.x + c) mod m where x= current state value a ,c and m=class template parameter 复制代码
- min： 它返回成员operator()给出的最小值。
- max： 它返回成员operator()给出的最大值，对于linear_congruential_engine为 （modulus-1）。
// C++程序，用于说明在minstd_land中使用operator()、max和min #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; //驱动代码 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); minstd_rand0 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
489592737 is a random number between 1 and 2147483646 复制代码
3. mt19937： 它是梅森费尔托斯特19937发电机。它是一个状态大小为 19937 位的 32 位数字的伪随机生成器。
- operator()： 它生成一个随机数。该函数使用转换算法将内部状态更改一个，该算法会在所选元素上产生扭曲。
- max： 它返回operator()给出的最大值。
- min： 它返回 operator（） 给出的最小值。
// C++程序演示mt19937中operator()、min和max的使用 #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; // 驱动程序 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); mt19937 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
1445431990 is a random number between 0 and 4294967295 复制代码
4.ranlux24_base： 它是Ranlux 24基础发电机。它是一个 24 位数字的减法伪随机生成器，通常用作 ranlux24 生成器的基础引擎。
- operator()： 它返回一个新的随机数。
该函数通过调用其转换算法来更改内部状态，该算法对元素应用减法随进位操作。 - max： 它返回operator()给出的最大值。
- min： 它返回 operator（） 给出的最小值。
// C++程序演示了在ranlux24_base中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; //驱动程序 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); subtract_with_carry_engine<unsigned,24,10,24> generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
7275352 is a random number between 0 and 16777215 复制代码
类似的格式适用于其他示例。
四、发动机适配器
1. discard_block_engine： 它是一个引擎适配器类模板，它通过仅使用其生成的序列中
每个“p”元素块的“r”元素来适应伪随机数生成器引擎类型，丢弃其余元素。
标准发电机ranlux24和ranlux48使用此适配器适应subtract_with_carry_engine。
- operator()： 它返回一个新的随机数。
- max： 它返回operator()给出的最大值。
- min： 它返回 operator（） 给出的最小值。
// C++程序演示了在discard_block_engine中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; //驱动程序 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); ranlux24 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
8132325 is a random number between 0 and 16777215 复制代码
2. independent_bits_engine： 它是一个引擎适配器类模板，它适应伪随机数生成器引擎类型以产生具有特定位数（w）的随机数。
- operator()： 它返回一个新的随机数。
- 引擎的转换算法根据需要多次调用基础引擎的 operator（） 成员，以获得足够的有效位来构造随机值。
- max： 它返回operator()给出的最大值。
- min： 它返回 operator（） 给出的最小值。
// C++程序，用于说明在independent_bits_engine中使用operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <cstdint> #include <random> using namespace std; //驱动程序 int main () { unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); independent_bits_engine<mt19937,64,uint_fast64_t> generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
13551674127875514537 is a random number between 0 and 184467 复制代码
3. shuffle_order_engine： 它是一个引擎适配器类模板，它适应伪随机数生成器引擎类型，以便以不同的顺序传递数字。
该对象在内部保留一个由 k 个生成的数字组成的缓冲区，并在请求时返回缓冲区内随机选择的数字，并将其替换为从其基本引擎获得的值。
- operator()： 它返回一个新的随机数。
- 引擎的转换算法在内部表中选取一个值（由函数返回），并将其替换为从其基础引擎获得的新值。
- max： 它返回operator()给出的最大值。
- 最小值： 它返回 operator（） 给出的最小值。
// C++程序演示了在shuffle_order_engine中使用 operator()、min和max #include <iostream> #include <chrono> #include <random> using namespace std; int main () { // 查找系统时钟（当前时间）和时钟纪元之间的时间 unsigned seed = chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count(); ranlux24 generator (seed); cout << generator() << " is a random number between "; cout << generator.min() << " and " << generator.max(); return 0; } 复制代码
输出：
9213395 is a random number between 0 and 16777215
