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

Question 1

Das habe ich beobachtet rand() Bibliotheksfunktion, wenn sie nur einmal innerhalb einer Schleife aufgerufen wird, erzeugt sie fast immer positive Zahlen.

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

Aber wenn ich zwei addiere rand() Anrufen haben die generierten Nummern jetzt negativere 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 Seed vor der Schleife als srand(time(NULL)).

Question 2

rand() ist so definiert, dass eine Ganzzahl zwischen zurückgegeben wird 0 und RAND_MAX.

rand() + rand()

überlaufen könnte. Was Sie beobachten, ist wahrscheinlich ein Ergebnis von undefiniertes Verhalten verursacht durch Integer-Überlauf.

Question 3

Das Problem ist die Zugabe. rand() gibt ein zurück int Wert von 0...RAND_MAX. Wenn Sie also zwei davon hinzufügen, werden Sie bis zu erhalten RAND_MAX * 2. Wenn das überschritten wird INT_MAXüberschreitet das Ergebnis der Addition den gültigen Bereich an int kann halten. Der Überlauf von vorzeichenbehafteten Werten ist ein undefiniertes Verhalten und kann dazu führen, dass Ihre Tastatur in fremden Sprachen mit Ihnen spricht.

Da es hier keinen Gewinn bringt, zwei zufällige Ergebnisse zu addieren, ist die einfache Idee, es einfach nicht zu tun. Alternativ können Sie jedes Ergebnis umwandeln unsigned int vor der Addition, wenn das die Summe halten kann. Oder verwenden Sie einen größeren Typ. Beachten Sie, dass long ist nicht unbedingt breiter als intgleiches gilt für long long wenn int ist mindestens 64 Bit!

Fazit: Verzichten Sie einfach auf den Zusatz. Mehr “Zufälligkeit” bietet es nicht. Wenn Sie mehr Bits benötigen, können Sie die Werte verketten sum = a + b * (RAND_MAX + 1)aber das erfordert wahrscheinlich auch einen größeren Datentyp als int.

Ihr angegebener Grund ist, ein Null-Ergebnis zu vermeiden: Das lässt sich nicht vermeiden, indem man die Ergebnisse von zwei addiert rand() Anrufe, da beide Null sein können. Stattdessen können Sie einfach erhöhen. Wenn RAND_MAX == INT_MAXdies ist nicht möglich int. Jedoch, (unsigned int)rand() + 1 wird es sehr, sehr wahrscheinlich tun. Wahrscheinlich (nicht endgültig), weil es erforderlich ist UINT_MAX > INT_MAXwas für alle mir bekannten Implementierungen gilt (die einige eingebettete Architekturen, DSPs und alle Desktop-, Mobil- und Serverplattformen der letzten 30 Jahre abdecken).

Warnung:

Obwohl hier bereits Kommentare eingestreut wurden, beachten Sie bitte, dass das Hinzufügen von zwei zufälligen Werten dies tut nicht erhalten eine gleichmäßige Verteilung, aber eine dreieckige Verteilung wie das Werfen von zwei Würfeln: zu bekommen 12 (zwei Würfel) beide Würfel müssen zeigen 6. zum 11 Es gibt bereits zwei mögliche Varianten: 6 + 5 oder 5 + 6etc.

Also ist der Zusatz auch unter diesem Aspekt schlecht.

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

Question 4

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

Der Grund, warum ich hinzugefügt habe, war, ‘0’ als Zufallszahl in meinem Code zu vermeiden. rand()+rand() war die Quick-Dirty-Lösung, die mir sofort in den Sinn kam.

Das Problem war, 0 zu vermeiden. Es gibt (mindestens) zwei Probleme mit der vorgeschlagenen Lösung. Einer ist, wie die anderen Antworten zeigen, das rand()+rand() kann undefiniertes Verhalten hervorrufen. Der beste Rat ist, niemals undefiniertes Verhalten hervorzurufen. Ein weiteres Problem ist, dass es dafür keine Garantie gibt rand() wird nicht zweimal hintereinander 0 erzeugen.

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

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

Question 5

Grundsätzlich rand() Zahlen zwischen produzieren 0 und RAND_MAXund 2 RAND_MAX > INT_MAX in Ihrem Fall.

Sie können mit dem Maximalwert Ihres Datentyps modulieren, um einen Überlauf zu verhindern. Dies wird natürlich die Verteilung der Zufallszahlen stören, aber rand ist nur ein Weg, um schnell 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;
}

Question 6

Vielleicht könnten Sie einen ziemlich kniffligen Ansatz versuchen, indem Sie sicherstellen, dass der von sum of 2 rand() zurückgegebene Wert niemals den Wert von RAND_MAX überschreitet. Ein möglicher Ansatz wäre sum = rand()/2 + rand()/2; Dies würde sicherstellen, dass für einen 16-Bit-Compiler mit einem RAND_MAX-Wert von 32767, selbst wenn beide Rand zufällig 32767 zurückgeben, selbst dann (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, also keine negative Summe resultieren würde.

Question 7

Der Grund, warum ich hinzugefügt habe, war, ‘0’ als Zufallszahl in meinem Code zu vermeiden. rand()+rand() war die Quick-Dirty-Lösung, die mir sofort in den Sinn kam.

Eine einfache Lösung (okay, nennen Sie es einen “Hack”), die niemals ein Nullergebnis 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

Dadurch wird Ihr Maximalwert begrenzt, aber wenn Sie sich nicht darum kümmern, sollte dies für Sie gut funktionieren.

Question 8

Um 0 zu vermeiden, versuchen Sie Folgendes:

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

Sie müssen einschließen limits.h.