【C++】详解用标准库的std::mt19937生成随机数

2023年8月16日，周三晚上

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目录

• 概述
• 英文文档
• 什么是mt19937
• 什么是状态大小
• 头文件
• std::mt19937的常用成员函数
• 1. 构造函数：
• 2. 种子操作函数：
• 3. 随机数生成函数：
• 4. 辅助函数：
• 生成种子值
• 方法1：使用std::random_device
• 方法2：使用时间戳
• 举例说明

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  概述

  英文文档

  std::mersenne_twister_engine - cppreference.com

  https://cplusplus.com/reference/random/mt19937/

  什么是mt19937

  std::mt19937是C++标准库中的一个伪随机数生成器类，它实现了梅森旋转算法（Mersenne Twister）。mt19937类是一个随机数引擎，可以生成高质量的伪随机数序列。

  A Mersenne Twister pseudo-random generator of 32-bit numbers with a state size of 19937 bits.

  一个有着19937位状态大小的能够生成32位数的梅森旋转伪随机生成器

  什么是状态大小

  状态大小（state size）指的是在随机数生成器中用于存储和更新内部状态的位数或字节数。随机数生成器的状态是一个关键的组成部分，它影响着生成的随机数序列的质量和性能。

  状态大小越大，生成的随机数序列的周期（即重复之前经过的步骤数）通常越长，这意味着生成的随机数更不容易重复。较大的状态大小还可以提供更好的统计特性和更高的随机性。

  状态大小的选择通常需要权衡随机性和性能之间的关系。较大的状态大小可能需要更多的内存和计算资源来存储和更新状态，可能会影响性能。因此，在选择状态大小时需要综合考虑应用的需求、可用资源和随机性要求。

  对于std::mt19937而言，它使用19937位的状态大小，这是一个较大的状态大小，可以提供较长的周期和较好的随机性特性。

  头文件

  使用mt19937需要包含头文件。

  std::mt19937的常用成员函数

  1. 构造函数：

  •  mt19937()：默认构造函数，使用默认的种子初始化随机数引擎。
  •  mt19937(unsigned int seed)：使用指定的种子初始化随机数引擎。

    2. 种子操作函数：

    •  seed()：设置种子值为默认值。
    •  seed(unsigned int seed)：设置新的种子值。

      3. 随机数生成函数：

      •  operator()：生成一个32位的随机整数。

        4. 辅助函数：

        •  discard(unsigned long long z)：等同于执行z次operator()，以丢弃z次生成的随机数。
        •  min()：获取可生成的最小随机数值。
        •  max()：获取可生成的最大随机数值。

          生成种子值

          方法1：使用std::random_device

          std::random_device是C++标准库中的一个类，它通常被用作生成伪随机数生成器的种子，以提供更高质量的随机性。

          #include 
          #include 
          #include
          int main() {
          	
          	std::random_device rd; // 创建一个std::random_device对象
          	
          	unsigned int seed = rd(); // 生成一个随机的种子值
          	
          	std::mt19937 engine(seed); // 使用随机的种子值创建一个伪随机数生成器
            	
            	std::cout