Чому rand () + rand () видає від'ємні числа?

Я помітив, що rand()функція бібліотеки, коли вона викликається лише один раз у циклі, майже завжди видає додатні числа.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d\n", rand());
}

Але коли я додаю два rand()дзвінки, у генерованих номерів зараз більше негативних цифр.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d = %d\n", rand(), (rand() + rand()));
}

Чи може хтось пояснити, чому я бачу негативні цифри у другому випадку?

PS: Я ініціалізую насіння перед циклом як srand(time(NULL)).

rand()визначається для повернення цілого числа між 0та RAND_MAX.

rand() + rand()

може переповнитися. Те, що ви спостерігаєте, ймовірно, є наслідком невизначеної поведінки, викликаної цілим переповненням.

Проблема - додавання. rand()повертає intзначення 0...RAND_MAX. Отже, якщо ви додасте два з них, ви отримаєте рішення RAND_MAX * 2. Якщо це перевищує INT_MAX, результат додавання переповнює допустимий діапазон, який intможе містити. Переповнення підписаних значень є невизначеною поведінкою і може призвести до того, що ваша клавіатура розмовлятиме з вами іноземними мовами.

Оскільки тут немає додавання двох випадкових результатів, проста ідея - просто не робити цього. Можна також подати кожен результат до unsigned intдодавання, якщо це може призвести до суми. Або використовувати більший тип. Зауважте, що longце не обов'язково ширше, ніж intте саме стосується, long longякщо intмає принаймні 64 біт!

Висновок: Просто уникайте додавання. Це не забезпечує більшої "випадковості". Якщо вам потрібно більше бітів, ви можете об'єднати значення sum = a + b * (RAND_MAX + 1), але це також, ймовірно, вимагає більшого типу даних, ніж int.

Оскільки вказана причина полягає у тому, щоб уникнути нульового результату: цього не уникнути, додавши результати двох rand()дзвінків, оскільки обидва можуть бути нульовими. Натомість можна просто збільшувати. Якщо RAND_MAX == INT_MAXцього зробити не можна int. Однак (unsigned int)rand() + 1зробить дуже, дуже ймовірно. Ймовірно (не остаточно), тому що це вимагає UINT_MAX > INT_MAX, що справедливо для всіх реалізацій, про які я знаю (що охоплює досить багато вбудованих архітектур, DSP та всіх настільних, мобільних та серверних платформ за останні 30 років).

Увага:

Хоча вже посипають в коментарях тут, будь ласка , зверніть увагу , що при додаванні двох випадкових величин ніяк НЕ отримати рівномірний розподіл, а трикутний розподіл , як прокатки дві кістки: отримати 12(дві кістки) обидві кістки повинні показати 6. бо 11вже є два можливі варіанти: 6 + 5або 5 + 6і т.д.

Отже, додаток також поганий з цього аспекту.

Також зауважте, що результати rand()генерації не залежать один від одного, оскільки вони генеруються генератором псевдовипадкових чисел . Зауважимо також, що стандарт не визначає якість або рівномірний розподіл обчислених значень.

Це відповідь на уточнення питання, зроблене в коментарі до цієї відповіді ,

Причиною, яку я додав, було уникати "0" як випадкового числа в моєму коді. rand () + rand () - це швидке брудне рішення, яке легко прийшло мені в голову.

Проблема полягала у тому, щоб уникнути 0. З запропонованим рішенням є (принаймні) дві проблеми. Один є, як свідчать інші відповіді, що rand()+rand()може викликати невизначене поведінку. Найкраща порада - ніколи не посилатися на невизначену поведінку. Інша проблема полягає в тому, що немає гарантії, що rand()не дасть 0 разів двічі поспіль.

Наступне відхиляє нуль, уникає невизначеної поведінки, і в переважній більшості випадків буде швидше, ніж два дзвінки на rand():

int rnum;
for (rnum = rand(); rnum == 0; rnum = rand()) {}
// or do rnum = rand(); while (rnum == 0);

В основному rand()виробляє число між 0і RAND_MAX, і 2 RAND_MAX > INT_MAXв вашому випадку.

Ви можете модулювати з максимальним значенням вашого типу даних, щоб запобігти переповненню. Цей звичайно порушить розподіл випадкових чисел, але randце лише спосіб отримати швидкі випадкові числа.

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    int i=0;

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %d \n", rand(), ((rand() % (INT_MAX/2))+(rand() % (INT_MAX/2))));

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %ld \n", rand(), ((rand() % (LONG_MAX/2))+(rand() % (LONG_MAX/2))));

    return 0;
}

Можливо, ви можете спробувати досить складний підхід, гарантуючи, що значення, повернене сумою 2 rand (), ніколи не перевищує значення RAND_MAX. Можливий підхід може бути sum = rand () / 2 + rand () / 2; Це забезпечило б, що для 16-бітового компілятора зі значенням RAND_MAX 32767, навіть якщо обидва rand повертаються 32767, навіть тоді (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, таким чином, не призведе до негативної суми.

Причиною, яку я додав, було уникати "0" як випадкового числа в моєму коді. rand () + rand () - це швидке брудне рішення, яке легко прийшло мені в голову.

Просте рішення (гаразд, називайте це "Злом"), яке ніколи не дає нульового результату і ніколи не переповнює:

x=(rand()/2)+1    // using divide  -or-
x=(rand()>>1)+1   // using shift which may be faster
                  // compiler optimization may use shift in both cases

Це обмежить ваше максимальне значення, але якщо ви не переймаєтесь цим, то це повинно працювати для вас.

Щоб уникнути 0, спробуйте:

int rnumb = rand()%(INT_MAX-1)+1;

Вам потрібно включити limits.h.

Хоча те, що всі інші говорили про ймовірне переповнення, цілком може стати причиною негативу, навіть якщо ви використовуєте непідписані цілі числа. Справжньою проблемою є фактично використання функції часу / дати як основного. Якщо ви справді ознайомилися з цією функціональністю, ви точно будете знати, чому я це кажу. Оскільки це насправді - це дати відстань (минулий час) від заданої дати / часу. Хоча використання функції дати / часу в якості початкового для ранду () є дуже поширеною практикою, це дійсно не найкращий варіант. Вам слід шукати кращі альтернативи, оскільки існує багато теорій на цю тему, і я не міг би зайнятися всіма ними. Ви додаєте в це рівняння можливість переповнення, і такий підхід був приречений з самого початку.

Ті, хто опублікував rand () + 1, використовують рішення, яке більшість використовують, щоб гарантувати, що вони не отримають від’ємне число. Але такий підхід насправді не найкращий спосіб.

Найкраще, що ви можете зробити, це витратити додатковий час для написання та використання правильної обробки винятків, і додати лише номер rand (), якщо та / або коли ви отримаєте нульовий результат. І правильно поводитися з негативними числами. Функціональність rand () не є ідеальною, тому її потрібно використовувати разом з обробкою винятків, щоб забезпечити бажаний результат.

Додатковий час та зусилля, щоб дослідити, вивчити та належним чином реалізувати функціональність rand (), варто витратити час та зусилля. Всього два мої копійки. Успіхів у ваших починаннях ...