一种快速可预制的随机数组产生方法

一种快速可预制的随机数组产生方法

作者：重庆大学光电学院311实验室 袁刚

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本文介绍了一种简单、快捷、实用的随机数组产生方法，经调试通过。附件为全部程序代码请审阅。

　　在工程软件的设计和安全系统设计中，建立模型、产生密码经常需要使用到随机数组。然而计算机不会产生绝对随机的随机数，计算机只能产生“伪随机数”。其实绝对随机的随机数只是一种理想的随机数，即使计算机怎样发展，它也不会产生一串绝对随机的随机数。计算机只能生成相对的随机数，即伪随机数。
　　伪随机数并不是假随机数，而是指有规律的数，事实上都是由计算机经过一定的算法计算得到的。大家常用的方法是根据一个给定的数作为种子，如采用变化的时间作为种子，调用srand((unsigned)time(NULL))后执行rand()从而获得一个随机数。很显然，相同或相近的种子得到的随机数将会是完全一样或互相接近。
　　因此要产生真正意义的随机数，那么种子首先必须是随机的。随机的种子可以通过外接的硬件随机发生器产生，据说最新的intel处理器即采用了读取cpu上热噪声的方法来获取随机数。当无法利用硬件的随机发生器时，我们常采用的办法是，在两次调用srand((unsigned)time(NULL))之间加入一定时间的延时。但当需要产生一个很大的随机数组时，这种延时是漫长而不可忍受的。而且事实上由于延时具有规律性，产生的随机数也不那么随机。
　　一种容易想到的产生随机数组的方法是设计出复杂的算法，从而减小数组结果的规律性。这种方法需要很高的技巧，也不太适合一般程序的调用。
　　此外，在很多情况下，我们不仅要求产生随机的数组，同时还对产生的数组有统计规律上的要求。如必须服从正态分布，均匀分布等。简单的调用srand和rand函数无法满足需要。
Matlab是一种功能强大的工程数学软件，利用其随机数组产生模块，我们能很容易的得到服从各种分布形式的大数组，其随机数产生的原理即是基于复杂的算法的。因此我们自然想到利用matlab产生的随机数表来作为随机数池，从中获得我们所需要的随机数组。
　　本随机数组产生方法由三部分组成：其一是txt文件的随机数池，这里我利用matlab产生1000个服从正态分布的随机数，10个一排，每两个数字之间间隔3个空格，行首3个空格存为文本文档，第一个数序号为0，然后按先行后列序号依次排列到999；其二和三分别是从随机数池中捞取随机数的函数类的.h文件和.cpp文件。
　　在捞取随机函数的函数类中，定义CStdioFile的file1，打开作为随机数池的txt文档。首先以时间作为种子，产生一个0－999的随机数，读取随机数池中从以这个值为序号的开始的数，直到读够所需的随机数组。序号如果超出数池的范围则跳到数池的开始，继续读取。
　　调用本函数类，需要输入int m_Collect_Times,double *a_Random,int m_Txt_Line,int m_Txt_Row,int m_Txt_Spacing分别代表取点个数、取得的随机数组的存储位置、随机数池行数、列数、数池中两数间空格个数。并将"C:\\Yg\\Debug\\ramdom1000txt"改为你的随机数池文件的位置，" "中的空格数改为你所使用的空格数。

下面为本函数类中的主要函数代码：

void CRandomArrayFromTxt::GetRandomArrayFromTxt(int m_Collect_Times,
					double *a_Random,
					int m_Txt_Line,
                                             int m_Txt_Row,
					int m_Txt_Spacing)
{
	
    int m,mx,my,cl;    
    srand((unsigned)time(NULL));  // 生成时间种子
    m=rand()%m_Txt_Line;          // 返回一个0-m_Txt_Line-1的随机数,即查表的起始位置
    mx=m%m_Txt_Row;               // 查表起始位置的列号，文件头为0行0列
    my=m/m_Txt_Row;               // 查表起始位置的行号

    cl=(m_Collect_Times+mx-1)/m_Txt_Row+1;  // 需要从数表中读取的行数

    // 打开txt文本的数表。    
    CStdioFile file1( "C:\\Yg\\Debug\\ramdom1000.txt",
		CFile::modeNoTruncate | CFile::modeRead | CFile::typeText);
	

    CString strc;    
    int ct=0;  // 用于记录当前已经取得的随机数个数
    for(m=0;m<my;m++)
    {
        file1.ReadString(strc);
    }

    // 取出有用的行，直到取够为之
    for(int n=0;n<cl;n++)  
    {  
	if(n+my==m_Txt_Line)
		file1.SeekToBegin();

	// 数表不够长，重新定位到文件头
	file1.ReadString(strc);

         if(n==0) // 如果是取得的第一行
	{
         	int aw1,aw2;
	         aw1=strc.GetLength();
	         for(m=0;m<mx+1;m++)  // 过掉前面无用的空格
		{
		     aw1=strc.GetLength();
		     aw2=strc.Find("   "); // 找到作为间隔的前三个空格所在位置
		     strc=strc.Right(aw1-aw2-m_Txt_Spacing); // 取这三个空格右边的所有字符串
		}

	         // 下面取出剩下的字符串中每三个空格前面的字符串，就是所要查一个数据
		for(m=0;m<m_Txt_Row-mx&&ct<m_Collect_Times;m++)  
		{
	              aw2=strc.Find("  ");// 找到作为间隔的后三个空格所在位置
	              if(mx==m_Txt_Row-1||m==m_Txt_Row-mx-1)
			a_Random[ct]=atof(strc);
		     else
	                  a_Random[ct]=atof(strc.Left(aw2)); // 保存数据到数组
		     aw1=strc.GetLength();  
		     aw2=strc.Find("   ");   // 找到作为间隔的前三个空格所在位置
		     strc=strc.Right(aw1-aw2-m_Txt_Spacing); // 取这三个空格右边的所有字符串
		     ct++;
		}  
	}
         else
         {
		GetRandomArrayFromALine(strc,a_Random,
			m_Collect_Times,
			m_Txt_Row,
			m_Txt_Spacing,
			ct); 
                 ct+=m_Txt_Row;
	}  
    }
    file1.Close();
}

///////////////////////
// 从一行中取出数字
///////////////////////
void CRandomArrayFromTxt::GetRandomArrayFromALine(CString strc,
    			         double *a_Random,
				     int m_Collect_Times,
				     int m_Txt_Row,
				     int m_Txt_Spacing,
				     int ct)
{
    int aw1,aw2;
    aw1=strc.GetLength();
    aw2=strc.Find("   ");
    strc=strc.Right(aw1-aw2-m_Txt_Spacing); // 取这三个空格右边的所有字符串
    for(int m=0;m<m_Txt_Row&&ct<m_Collect_Times;m++)
    {
        aw2=strc.Find("   ");
        if(m==m_Txt_Row-1)
            a_Random[ct]=atof(strc); 
	else
            a_Random[ct]=atof(strc.Left(aw2));// 保存数据到数组
        aw1=strc.GetLength(); 
		aw2=strc.Find("   ");// 找到作为间隔的前三个空格所在位置
        strc=strc.Right(aw1-aw2-m_Txt_Spacing); // 取这三个空格右边的所有字符串
		ct++;
    }
}