C++游戏教程基本技巧之随机化详解

时间:2022-11-08 JYqwq 人气:0

0. 引言

小游戏中时常要用到随机数，今天就来谈谈这个所谓的“随机”。

1. 随机数 rand()

我们要使用随机数（严格意义上是伪随机）的话，C++ 中就有 rand() 来提供了这一操作。

rand()返回值是整数。在不同系统的编译器下，返回值的范围不同，我们姑且认为足够我们使用。

设我们要获取数x，逐步推导：

当x∈[0,100] 时，可以写成 rand()%101；

当 x∈[1,100] 时，可以转化为x′+1(x′∈[0,99])，写成 rand()%100+1；

当x∈[l,r] 时，可以转化为x′+l(x′∈[0,r−l])，写成 rand()%(r-l+1)+l。

可现实总是不尽如人意：

为什么每次随机出来的序列都是一样的呢？这里我们就要讲到下面的东西了

2. 设置随机种子 srand()

毕竟是伪随机，所以每次生成的随机序列需要有一个初始的随机种子（无符号整数），srand() 提供了这一操作。

比如设置随机种子为114514，可以写成 srand(114514);。

然而

这意味着种子要随机。

3. 时间 time()

time() 返回从 1970.1.1 1970.1.1 1970.1.1 至今的秒数，参数直接填 NULL 或 0 0 0（也就是空指针）即可。

设置为种子，也就是 srand(time(0));。

效果显著：

4. 随机排列 random_shuffle()

如果有一个数组 a a a，如何让其进行随机排列呢？

C++ 有函数 random_shuffle()。

参数和用法与 sort() 类似，直接调用即可。

示例代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,a[105];
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		cin>>a[i];
	}
	random_shuffle(a+1,a+n+1);
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		cout<<a[i]<<' '; 
	}
 	return 0;
}

效果：

5. 随机基本案例

5-1. 随机 01 矩阵

给定边长n，要求生成一个随机 01 矩阵。

示例代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n;
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		for(int j=1;j<=n;j++)
		{
			cout<<rand()%2;
		}
		cout<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-2. 随机区间

给定n，要求生成n个区间[l,r](l≤r)，并且这些区间是[1,n]的子区间。

每次分别对于l,r随机，然后调整l,r大小位置。

示例代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n;
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		int l=rand()%n+1,r=rand()%n+1;
		if(l>r) swap(l,r);//防止 l>r
		cout<<l<<' '<<r<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-3. 随机浮点数

给定n和k，要求生成n个[0,n] 的k位浮点数（不可以有后缀0）。

分成整数部分和小数部分考虑。

整数部分生成[0,n] 的整数，小数部分生成k位 [0,9] 的数（在位数允许时，可以生成一个[0,10^k−1] 的整数代替小数）。

当然，要特判整数为n的情况。若小数部分>0，就不在[0,n]内了。

处理后缀0时，只要把其存进字符串处理即可。

示例代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,k;
	cin>>n>>k;
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		int d=rand()%(n+1);
		cout<<d;
		if(d==n)
		{
			cout<<endl;
			continue;
		}
		string s=".";
		for(int j=1;j<=k;j++)
		{
			s+=(char)(rand()%10+48);
		}
		while(s[s.size()-1]=='0'&&s.size()>2) s.erase(s.size()-1);//防止后缀 0
		cout<<s<<endl;
	}
 	return 0;
}

效果：

5-4. 随机整数

给定n,l,r(l,r∈Z,l≤r)，要求生成n个整数x(x∈[l,r])。

可能含有负数，该怎么办呢？

分三类讨论：

1.当l≤r≤0 时，先输出 -，然后生成[∣r∣,∣l∣] 范围的整数。

2.当l≤0≤r 时，先随机t=0或1来确定符号。

当t=0时，输出 -，生成[0,∣l∣] 的整数。
当t=1时，生成[0,r]的整数。

3.当0≤l≤r时，直接生成[l,r] 的整数。

注意以上操作中输出 -0 的情况要处理一下。

示例代码：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); 
	int n,l,r;
	cin>>n>>l>>r;
	while(n--)
	{
		if(l<=r&&r<=0)
		{
			int d=rand()%(abs(l)-abs(r)+1)+abs(r);
			if(d) cout<<'-';//防止 -0
			cout<<d;
		}
		else if(l<=0&&0<=r)
		{
			int f=rand()%2;
			if(f) cout<<rand()%(r+1);
			else
			{
				int d=rand()%(abs(l)+1);
				if(d) cout<<'-';//防止 -0
				cout<<d;
			}
		}
		else cout<<rand()%(r-l+1)+l;
		puts(""); 
	}
 	return 0;
}

效果：

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