Почему rand () + rand () выдает отрицательные числа?

Я заметил, что rand()библиотечная функция, когда она вызывается только один раз в цикле, почти всегда выдает положительные числа.

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

Но когда я добавляю два rand()звонка, сгенерированные номера теперь имеют больше отрицательных чисел.

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

Может кто-нибудь объяснить, почему я вижу отрицательные числа во втором случае?

PS: я инициализирую семя перед циклом как srand(time(NULL)).

rand()определен для возврата целого числа между 0и RAND_MAX.

rand() + rand()

может переполниться. То, что вы наблюдаете, вероятно, является результатом неопределенного поведения, вызванного целочисленным переполнением.

Проблема в дополнении. rand()возвращает intзначение 0...RAND_MAX. Итак, если вы добавите два из них, вы получите до RAND_MAX * 2. Если это превышает INT_MAX, результат сложения переполняет допустимый диапазон, который intможет содержать. Переполнение значений со знаком является неопределенным поведением и может привести к тому, что ваша клавиатура разговаривает с вами на иностранных языках.

Поскольку здесь нет никакого смысла в добавлении двух случайных результатов, простая идея - просто не делать этого. В качестве альтернативы вы можете разыграть каждый результат unsigned intдо сложения, если это может содержать сумму. Или используйте больший тип. Обратите внимание, что longэто не обязательно шире, чем intто же самое, long longесли оно intимеет размер не менее 64 бит!

Вывод: просто избегайте сложения. Это не обеспечивает больше «случайности». Если вам нужно больше битов, вы можете объединить значения sum = a + b * (RAND_MAX + 1), но для этого также, вероятно, требуется больший тип данных, чем int.

Поскольку ваша заявленная причина заключается в том, чтобы избежать нулевого результата: Этого нельзя избежать, сложив результаты двух rand()вызовов, так как оба могут быть нулевыми. Вместо этого вы можете просто увеличить. Если RAND_MAX == INT_MAXэто не может быть сделано в int. Тем не менее, (unsigned int)rand() + 1будет делать очень и очень вероятно. Вероятно (не окончательно), потому что это требует UINT_MAX > INT_MAX, что верно для всех реализаций, о которых я знаю (которые охватывают довольно много встроенных архитектур, DSP и всех настольных, мобильных и серверных платформ последних 30 лет).

Предупреждение:

Хотя здесь уже добавлены комментарии, обратите внимание, что при добавлении двух случайных значений не получается равномерное распределение, а треугольное распределение, например, бросание двух кубиков: чтобы получить 12(два кубика), нужно показать оба кубика 6. поскольку 11уже есть два возможных варианта: 6 + 5или 5 + 6и т. д.

Таким образом, дополнение также плохо с этой стороны.

Также обратите внимание, что rand()генерируемые результаты не являются независимыми друг от друга, так как они генерируются генератором псевдослучайных чисел . Отметим также, что в стандарте не указывается качество или равномерное распределение рассчитанных значений.

Это ответ на уточнение вопроса, сделанный в комментарии к этому ответу ,

причина, по которой я добавлял, состояла в том, чтобы избежать «0» как случайного числа в моем коде rand () + rand () было быстрым грязным решением, которое мне пришло в голову.

Проблема состояла в том, чтобы избежать 0. Есть (по крайней мере) две проблемы с предлагаемым решением. Один из них, как указывают другие ответы, rand()+rand()может вызывать неопределенное поведение. Лучший совет - никогда не вызывать неопределенное поведение. Другая проблема заключается в том, что нет никакой гарантии, что rand()0 не получится дважды подряд.

Следующее отклоняет ноль, избегает неопределенного поведения и в подавляющем большинстве случаев будет быстрее, чем два вызова rand():

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

В основном rand()производите числа между 0и RAND_MAX, и 2 RAND_MAX > INT_MAXв вашем случае.

Вы можете модулировать с максимальным значением вашего типа данных, чтобы предотвратить переполнение. Это конечно нарушит распределение случайных чисел, но randэто просто способ получить быстрые случайные 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;
}

Возможно, вы могли бы попробовать довольно хитрый подход, убедившись, что значение, возвращаемое суммой 2 rand (), никогда не превышает значение RAND_MAX. Возможным подходом может быть sum = rand () / 2 + rand () / 2; Это гарантирует, что для 16-битного компилятора со значением RAND_MAX 32767, даже если оба rand возвращают 32767, даже тогда (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, таким образом, не будет получена отрицательная сумма.

причина, по которой я добавлял, состояла в том, чтобы избежать «0» как случайного числа в моем коде rand () + rand () было быстрым грязным решением, которое мне пришло в голову.

Простое решение (хорошо, назовите это «Hack»), которое никогда не приводит к нулевому результату и никогда не будет переполнено:

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

Это ограничит вашу максимальную ценность, но если вы не заботитесь об этом, то это должно работать для вас.

Чтобы избежать 0, попробуйте это:

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

Вы должны включить limits.h.

Хотя то, что все остальные говорили о вероятном переполнении, вполне может быть причиной негатива, даже если вы используете целые числа без знака. Реальная проблема на самом деле заключается в использовании функции времени / даты в качестве начального числа. Если вы действительно познакомились с этой функциональностью, вы точно поймете, почему я так говорю. То, что он на самом деле делает, это дает расстояние (прошедшее время) с данной даты / времени. Хотя использование функции даты / времени в качестве семени для rand () является очень распространенной практикой, на самом деле это не лучший вариант. Вы должны искать лучшие альтернативы, так как по этой теме существует множество теорий, и я не смог бы рассмотреть все из них. Вы добавляете в это уравнение возможность переполнения, и этот подход был обречен с самого начала.

Те, кто разместил rand () + 1, используют решение, которое используется чаще всего, чтобы гарантировать, что они не получат отрицательное число. Но такой подход тоже не самый лучший.

Лучшее, что вы можете сделать, - это потратить дополнительное время на написание и использование правильной обработки исключений, и только добавить к числу rand (), если и / или когда вы получите нулевой результат. И правильно обращаться с отрицательными числами. Функциональность rand () не идеальна и поэтому должна использоваться в сочетании с обработкой исключений, чтобы обеспечить желаемый результат.

Потратив дополнительное время и усилия на изучение, изучение и правильную реализацию функциональности rand (), стоит своих усилий и времени. Просто мои два цента. Удачи в ваших начинаниях ...