rand() 有时会连续返回相同的值吗？

Posted 2023-02-25

【中文标题】rand() 有时会连续返回相同的值吗？

【英文标题】：Will rand() sometimes return the same consecutively?

【发布时间】：2014-07-23 13:30:01

【问题描述】：

我只是好奇，单线程程序能否在两次连续调用rand() 时获得相同的返回值？

那么，这个断言会触发吗？

assert(rand() != rand());

【问题讨论】：

当然。为什么不呢？

看看***.com/q/21634465/3235496 （这是一个java问题，但提出了有效的观点）。

你可以掷两次骰子，每次得到六次，不是吗？

只返回唯一数字是一种模式，而不是随机。

dilbert.com/strips/comic/2001-10-25

【参考方案1】：

如果我们能找到一个例子，那么您的问题的答案是“是”。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])

  unsigned int i;
  for(i = 0; ; i++) 
    int r = rand();
    if (r == rand()) 
        printf("Oops. rand() = %d; i = %d\n", r, i);
        break;
    
  
  return 0;

使用 Visual Studio 2010 在 Windows 上打印 Oops. rand() = 3482; i = 32187。

编辑： 使用以下版本检测 2 个连续 rand() 调用返回相同值的所有序列。 C 仅指定 rand() 应返回“0 到 RAND_MAX" 和 RAND_MAX 至少应为 32767。 对 PRNG 的质量、其实现或其他细节（例如 2 个连续的 rand() 调用是否可以返回相同的值）没有任何限制。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])

  unsigned int i;
  int r1 = rand();
  int r2 = rand();
  for(i = 0; ; i++) 
    if (r1 == r2) 
        printf("Oops. rand() = %d; i = %d\n", r1, i);
    
    r1 = r2;
    r2 = rand();
  
  return 0;

【讨论】：

@bits_international 因为它来得较晚，unwind 的回答是每个人的第一个冲动。

@bits_international：手册或标准中的定义比程序执行的结果更权威。就我们所知（未参考 rand() 的实际定义），此行为可能是 Visual Studio 实现中的错误，或者程序可能具有未定义的行为。

只是一个挑剔，但看起来这可能会错过很多随机连续数字。它只检查奇数调用是否与下一个偶数调用相同，而不是偶数调用与下一个相同。你最终找到了一个，但很有可能还有一个更早的案例。

在 Ubuntu 64 位 (amd64) 上，使用 gcc 4.6.3，rand() 将在 2888000745 次迭代后重复 1804289383。

@Mankarse：这个程序证明了 OP 问题的答案是“是”：OP 询问它是否会发生，这个答案证明它可以。 OP 没有询问标准是否允许这种行为。即使这是 MSVC 中的一个错误，它仍然会回答这个问题。 （当然，如果是，说明这是一个错误的答案也会很有用。）

【参考方案2】：

我做了我的研究

发现我的编译器 (msvc10) 的 rand 实现确实像其他 c/c++ 编译器一样使用线性同余生成器

线性同余生成器

线性同余生成器使用递归方法。

ptd->_holdrand(n) 永远不会等于 ptd->_holdrand(n+1)，但 mod 结果会等于。

msvc 实现

@nos 显示结果

return( ((ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L + 2531011L) >> 16) & 0x7fff );

ptd->_holdrand = 2375716238;
return 3482; (2375716238 >> 16) % 32768
ptd->_holdrand = 228240921;
return 3482; (228240921 >> 16) % 32768

最终的答案是 rand() 会像我的直觉一样多次返回相同的值。

【讨论】：

很高兴您进行了研究，但这通常是 发布问题之前的步骤（*** 上几乎没有人遵守的规则）。

+1 用一些数学作为答案来补充您自己的问题。就像@Shahbaz 说的那样，最好在提出问题之前进行此类研究，以避免需要询问您是否找到了您正在寻找的东西，但是最好在 SO 上有这样的参考问题（在我看来）无论如何。

@ChrisCirefice，这是真的。最好的办法是：做研究（在这个过程中可能会发现 SO 中没有任何问题可以回答你）。如果您没有找到答案，请提出问题。如果您确实找到了答案，请无论如何提出问题并发布您的回复以帮助他人（您可以同时发布问题及其答案！）。为一个经过充分研究的问题（以及可能写得很好的答案）获得奖励。

但通常答案会暗示要做什么研究，因此如果不阅读问题的答案，研究尝试就会失败。有时答案给出了一个不完整的答案，而提问者比其他人对完整答案更感兴趣，可以以此为起点。发布改进的答案对每个人都有好处。发布后进行研究比发布后没有研究要好得多。

@Shahbaz 我不同意。我认为如果一个问题可能会产生对其他用户有帮助的信息，那么发布它是可以的，只要它不是重复的。这绝对是这样一个问题。

【参考方案3】：

一个好的随机数生成器应该有时会连续两次返回相同的值。假设它返回正整数 0 不得到两个相同数字的机会大约是 10^15 分之一。

【讨论】：

直到您将 randomize() 与 rand/random () 一起使用，对吧？ randomize() 函数是一个单独的函数，我过去在我希望 random/rand() 返回一个纯随机数时使用它。同样，您仍有可能获得相同的 #，但这种情况很少见。

@ArunSangal 取决于你用它做什么，你用什么播种。

【参考方案4】：

一个理想的随机 rand() 函数，如果被调用两次，每次都会返回相同的结果，概率为 1.0 / RAND_MAX。

但rand() 不是真正的随机数生成器。它是 pseudorandom number generator (PRNG)，通常是 linear congruential 类型。

PRNG的内部状态不能在连续调用中重复；如果是这样，rand() 将永远停留在同一个号码上。这可能发生在设计不佳的算法上，例如 middle square method。

但是，某些（但不是全部）PRNG 实现在其内部状态中的位比在其输出中的位多。例如，java.util.Random 使用 48 位内部状态，但在其输出中仅包含最高有效 32 位。在这种情况下，（至少理论上）可以连续两次获得相同的输出，而不会具有相同的内部状态。