Warum erzeugt rand () + rand () negative Zahlen?

Ich habe festgestellt, dass rand()Bibliotheksfunktionen, wenn sie nur einmal innerhalb einer Schleife aufgerufen werden, fast immer positive Zahlen erzeugen.

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

Wenn ich jedoch zwei rand()Anrufe hinzufüge , haben die generierten Nummern jetzt mehr negative Nummern.

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

Kann jemand erklären, warum ich im zweiten Fall negative Zahlen sehe?

PS: Ich initialisiere den Startwert vor der Schleife als srand(time(NULL)).

rand()ist definiert, um eine Ganzzahl zwischen 0und zurückzugeben RAND_MAX.

rand() + rand()

könnte überlaufen. Was Sie beobachten, ist wahrscheinlich ein Ergebnis eines undefinierten Verhaltens, das durch einen Ganzzahlüberlauf verursacht wird.

Das Problem ist die Hinzufügung. rand()gibt einen intWert von zurück 0...RAND_MAX. Wenn Sie also zwei davon hinzufügen, werden Sie aufstehen RAND_MAX * 2. Wenn dies überschritten wird INT_MAX, überschreitet das Ergebnis der Addition den gültigen Bereich, den ein inthalten kann. Ein Überlauf von vorzeichenbehafteten Werten ist ein undefiniertes Verhalten und kann dazu führen, dass Ihre Tastatur in Fremdsprachen mit Ihnen spricht.

Da das Hinzufügen von zwei zufälligen Ergebnissen hier keinen Vorteil bringt, besteht die einfache Idee darin, dies einfach nicht zu tun. Alternativ können Sie jedes Ergebnis unsigned intvor der Addition umwandeln, wenn dies die Summe enthalten kann. Oder verwenden Sie einen größeren Typ. Beachten Sie, dass longnicht notwendigerweise breiter ist als intdas gleiche gilt , long longwenn intmindestens 64 Bit!

Fazit: Vermeiden Sie einfach den Zusatz. Es bietet keine "Zufälligkeit" mehr. Wenn Sie mehr Bits benötigen, können Sie die Werte verketten sum = a + b * (RAND_MAX + 1), dies erfordert jedoch wahrscheinlich auch einen größeren Datentyp als int.

Als Ihr angegebener Grund ist es, ein Null-Ergebnis zu vermeiden: Dies kann nicht vermieden werden, indem die Ergebnisse von zwei rand()Aufrufen addiert werden , da beide Null sein können. Stattdessen können Sie einfach inkrementieren. Wenn RAND_MAX == INT_MAXdies nicht möglich ist int. Allerdings (unsigned int)rand() + 1tut sehr, sehr wahrscheinlich. Wahrscheinlich (nicht definitiv), weil es erforderlich ist UINT_MAX > INT_MAX, was für alle mir bekannten Implementierungen gilt (die einige eingebettete Architekturen, DSPs und alle Desktop-, Mobil- und Serverplattformen der letzten 30 Jahre abdecken).

Warnung:

Obwohl bereits hier in den Kommentaren bestreut, beachten Sie bitte , dass das Hinzufügen von zwei Zufallswerten nicht nicht erhält eine gleichmäßige Verteilung, sondern eine Dreiecksverteilung mit zwei Würfel wie walzen zu bekommen 12(zwei Würfel) beiden Würfel zeigen müssen 6. denn 11es gibt bereits zwei mögliche Varianten: 6 + 5oder 5 + 6usw.

Daher ist der Zusatz auch in dieser Hinsicht schlecht.

Beachten Sie auch, dass die rand()generierten Ergebnisse nicht unabhängig voneinander sind, da sie von einem Pseudozufallszahlengenerator generiert werden . Beachten Sie auch, dass der Standard nicht die Qualität oder gleichmäßige Verteilung der berechneten Werte festlegt.

Dies ist eine Antwort auf eine Klarstellung der Frage, die im Kommentar zu dieser Antwort gestellt wurde.

Der Grund, den ich hinzufügte, war, '0' als Zufallszahl in meinem Code zu vermeiden. rand () + rand () war die schnelle, schmutzige Lösung, die mir sofort in den Sinn kam.

Das Problem bestand darin, 0 zu vermeiden. Bei der vorgeschlagenen Lösung gibt es (mindestens) zwei Probleme. Eine ist, wie die anderen Antworten zeigen, rand()+rand()die undefiniertes Verhalten hervorrufen kann. Der beste Rat ist, niemals undefiniertes Verhalten aufzurufen. Ein weiteres Problem ist, dass es keine Garantie gibt, dass rand()nicht zweimal hintereinander 0 erzeugt wird.

Das Folgende lehnt Null ab, vermeidet undefiniertes Verhalten und ist in den allermeisten Fällen schneller als zwei Aufrufe an rand():

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

rand()Produzieren Sie grundsätzlich Zahlen zwischen 0und RAND_MAXund 2 RAND_MAX > INT_MAXin Ihrem Fall.

Sie können mit dem Maximalwert Ihres Datentyps modulieren, um einen Überlauf zu verhindern. Dies stört natürlich die Verteilung der Zufallszahlen, randist jedoch nur ein Weg, um schnelle Zufallszahlen zu erhalten.

#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;
}

Möglicherweise können Sie einen kniffligen Ansatz ausprobieren, indem Sie sicherstellen, dass der durch die Summe von 2 rand () zurückgegebene Wert niemals den Wert von RAND_MAX überschreitet. Ein möglicher Ansatz könnte sum = rand () / 2 + rand () / 2 sein; Dies würde sicherstellen, dass für einen 16-Bit-Compiler mit einem RAND_MAX-Wert von 32767, selbst wenn beide Rand 32767 zurückgeben, selbst dann (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766 keine negative Summe resultiert.

Der Grund, den ich hinzufügte, war, '0' als Zufallszahl in meinem Code zu vermeiden. rand () + rand () war die schnelle, schmutzige Lösung, die mir sofort in den Sinn kam.

Eine einfache Lösung (okay, nennen Sie es einen "Hack"), die niemals ein Null-Ergebnis erzeugt und niemals überläuft, ist:

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

Dies begrenzt Ihren Maximalwert, aber wenn Sie sich nicht darum kümmern, sollte dies für Sie gut funktionieren.

Versuchen Sie Folgendes, um 0 zu vermeiden:

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

Sie müssen einschließen limits.h.

Während das, was alle anderen über den wahrscheinlichen Überlauf gesagt haben, sehr wohl die Ursache für das Negative sein kann, selbst wenn Sie vorzeichenlose Ganzzahlen verwenden. Das eigentliche Problem besteht darin, die Zeit- / Datumsfunktionalität als Startwert zu verwenden. Wenn Sie sich mit dieser Funktionalität wirklich vertraut gemacht haben, wissen Sie genau, warum ich das sage. Was es wirklich tut, ist eine Entfernung (verstrichene Zeit) seit einem bestimmten Datum / einer bestimmten Uhrzeit anzugeben. Die Verwendung der Datums- / Zeitfunktion als Startwert für einen Rand () ist zwar eine weit verbreitete Praxis, aber nicht die beste Option. Sie sollten nach besseren Alternativen suchen, da es viele Theorien zu diesem Thema gibt und ich unmöglich auf alle eingehen könnte. Sie fügen dieser Gleichung die Möglichkeit eines Überlaufs hinzu, und dieser Ansatz war von Anfang an zum Scheitern verurteilt.

Diejenigen, die rand () + 1 gepostet haben, verwenden die am häufigsten verwendete Lösung, um sicherzustellen, dass sie keine negative Zahl erhalten. Aber dieser Ansatz ist auch nicht der beste Weg.

Das Beste, was Sie tun können, ist, sich die zusätzliche Zeit zu nehmen, um die richtige Ausnahmebehandlung zu schreiben und zu verwenden, und die rand () - Nummer nur dann zu addieren, wenn und / oder wenn Sie am Ende ein Ergebnis von Null erhalten. Und um mit negativen Zahlen richtig umzugehen. Die rand () - Funktionalität ist nicht perfekt und muss daher in Verbindung mit der Ausnahmebehandlung verwendet werden, um sicherzustellen, dass Sie das gewünschte Ergebnis erzielen.

Es lohnt sich, sich die zusätzliche Zeit und Mühe zu nehmen, um die rand () - Funktionalität zu untersuchen, zu untersuchen und ordnungsgemäß zu implementieren. Nur meine zwei Cent. Viel Glück bei Ihren Bemühungen ...