C-keeles juhuarvude genereerimine: täisarvud, ujukomaarvud ja praktilised näited

1. Sissejuhatus

C-keel on programmeerimiskeel, mida kasutatakse laialdaselt madala taseme süsteemiprogrammeerimises ja mänguarenduses. Nende hulgas on “juhuslike arvude genereerimine” funktsioon, mida rakendatakse paljudes olukordades. Näiteks mängusiseste juhuslike elementide loomisel, simulatsioonides, krüpteerimisel, testandmete genereerimisel ja mujal.

Käesolevas artiklis selgitame, kuidas C-keeles genereerida juhuslikke arve kindlas vahemikus, koos konkreetsete näidetega. Artikli eesmärk on aidata lugejal mõista juhuarvude genereerimise põhimõtet ja rakendada seda oma programmides.

2. Juhuarvude genereerimise põhitõed C-keeles

C-keeles kasutatakse juhuslike arvude loomiseks standardteeki <stdlib.h>. Funktsioon rand() genereerib täisarvu vahemikus 0 kuni RAND_MAX (umbes 2147483647), kuid sama seemneväärtuse kasutamisel saadakse iga kord samad tulemused.

Pseudojuhuarvude genereerimine ja seemneväärtuse seadistamine

Oluline mõiste juhuarvude loomisel on “seemneväärtus” (seed). See määrab juhuarvude jada alguspunkti. Kui seda ei määra, genereeritakse iga kord samad arvud. Selle vältimiseks kasutatakse funktsiooni srand(), et seada seeme. Tavaliselt kasutatakse time() funktsiooni, et määrata praegune aeg seemneväärtusena.

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

int main() {
    srand((unsigned int)time(NULL));
    printf("%d\n", rand());
    return 0;
}

Selle tulemusel genereeritakse iga programmi käivitamisel erinevad juhuarvud.

3. Juhuarvude genereerimine kindlas vahemikus

Kui on vaja saada juhuarv kindlas vahemikus, tuleb rand() funktsiooni tulemust matemaatiliselt töödelda. Põhivalem vahemiku määramiseks on järgmine:

rand() % (max - min + 1) + min

See meetod genereerib täisarvu vahemikus min kuni max.

Näidiskood: vahemikuga juhuarv

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

int main() {
    int min = 1;
    int max = 100;
    srand((unsigned int)time(NULL));
    int random_number = rand() % (max - min + 1) + min;
    printf("Random number between %d and %d: %d\n", min, max, random_number);
    return 0;
}

See kood genereerib juhusliku täisarvu vahemikus 1 kuni 100 ja väljastab selle.

4. Ujukomaarvude juhuslik genereerimine

Ujukomaarvude puhul kasutatakse rand() funktsiooni koos RAND_MAX väärtusega tulemuse skaleerimiseks. Kui soovite genereerida arvu vahemikus 0.0 kuni 1.0, võite kasutada järgmist koodi:

Näidis: ujukomaarvude genereerimine

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

int main() {
    srand((unsigned int)time(NULL));
    double random_number = (double)rand() / RAND_MAX;
    printf("Random number between 0.0 and 1.0: %f\n", random_number);
    return 0;
}

See programm genereerib arvu vahemikus 0 kuni 1. Sama meetodit saab kasutada mistahes ujukomaarvu vahemiku puhul. Näiteks kui soovite arvu 0.0 kuni 5.0, korrutage saadud väärtus viiega.

5. Juhuarvude kasutusnäited

Täringu simulatsioon

Mänguarenduses kasutatakse juhuarve sageli näiteks täringu viske simuleerimiseks. Allolev kood genereerib juhuarvu vahemikus 1 kuni 6, et imiteerida täringu tulemust.

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

int main() {
    srand((unsigned int)time(NULL));
    int dice_roll = rand() % 6 + 1;
    printf("Dice roll: %d\n", dice_roll);
    return 0;
}

Monte Carlo meetod π lähendamiseks

Monte Carlo meetod on tehnika, mis kasutab juhuarve keerukate probleemide ligikaudseks lahendamiseks. Järgmine kood näitab, kuidas π väärtust juhuarvude abil lähendada.

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

int main() {
    int n_trials = 1000000;
    int n_inside = 0;
    double x, y, pi;

    srand((unsigned int)time(NULL));

    for (int i = 0; i < n_trials; i++) {
        x = (double)rand() / RAND_MAX;
        y = (double)rand() / RAND_MAX;
        if (x * x + y * y <= 1) {
            n_inside++;
        }
    }

    pi = 4.0 * n_inside / n_trials;
    printf("Approximated π: %f\n", pi);

    return 0;
}

Selles näites kasutatakse Monte Carlo meetodit, et luua juhuarve ja arvutada nende põhjal π väärtus. Seda meetodit rakendatakse tihti füüsikalistes simulatsioonides.

6. Kokkuvõte

Selles artiklis selgitasime, kuidas C-keeles genereerida juhuarve kindlas vahemikus. Alustasime rand() ja srand() põhikasutusest, seejärel näitasime, kuidas määrata täisarvude vahemikke, luua ujukomaarve ning tõime praktilisi näiteid. Juhuarvude genereerimine on oskus, mida saab kasutada paljudes valdkondades, sealhulgas mänguarenduses ja simulatsioonides.

Kasutage neid teadmisi oma tulevastes projektides julgelt.