Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ (Random number generation)

Khóa học lập trình C++ căn bản

4.7 (9 đánh giá)
Tạo bởi Kteam Cập nhật lần cuối 11:26 28-08-2020 248.811 lượt xem 9 bình luận
Tác giả/Dịch giả: Kteam
Học nhanh

Danh sách bài học

Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ (Random number generation)

Dẫn nhập

Ở bài học trước, mình đã chia sẻ cho các bạn về TỪ KHÓA BREAK & CONTINUE. Từ khóa break được dùng để kết thúc các vòng lặp while, do-while, for và câu điều kiện switch. Từ khóa continue sẽ nhảy đến cuối vòng lặp hiện tại, và thực thi lần lặp tiếp theo.

Trong bài hôm nay, mình sẽ giới thiệu cho các bạn về phương pháp Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ (Random number generation). Bạn có thể ứng dụng nó vào những chương trình cần phát sinh số ngẫu nhiên, các trò chơi, hoặc để ứng dụng vào những bài học về mảng tiếp theo.


Nội dung

Để đọc hiểu bài này tốt nhất các bạn nên có kiến thức cơ bản về:

Trong bài ta sẽ cùng tìm hiểu các vấn đề:

  • Tổng quan về phát sinh số ngẫu nhiên
  • Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++
  • Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ 11

Tổng quan về phát sinh số ngẫu nhiên

Phát sinh các số ngẫu nhiên được ứng dụng rất nhiều trong lập trình, đặc biệt là trong các trò chơi, các chương trình cần dữ liệu ngẫu nhiên, ….

Ví dụ về trò chơi bắn máy bay, nếu nó không có những sự kiện ngẫu nhiên, những máy bay sẽ luôn luôn xuất hiện cùng 1 vị trí, tấn công bạn theo cùng một cách, những vật thể xuất hiện trên đường không bao giờ thay đổi, vv ... và đó không phải là một trò chơi hay.

Phát sinh số ngẫu nhiên (Random number generation)

Vậy số ngẫu nhiên được tạo ra bằng cách nào?

Trong cuộc sống, bạn thường tạo ra số ngẫu nhiên bằng cách như lắc 1 con xúc xắc, rút 1 lá thăm, tung 1 đồng xu, … và rất nhiều vấn đề ngẫu nhiên trong cuộc sống khác.

Trong lập trình, mọi thứ đều được tạo nên từ 2 số 0 và 1, chỉ có đúng hoặc sai, không có trường hợp ở giữa. Máy tính không thể lắc 1 con xúc xắc, rút 1 lá thăm, tung 1 đồng xu, … Kết quả mà nó đưa ra, luôn là kết quả có thể dự đoán trước, ví dụ 1 + 1 luôn luôn là 2, không thể là 1 giá trị khác.

Vì vậy, các máy tính không có khả năng tạo ra số ngẫu nhiên. Muốn tạo số ngẫu nhiên, lập trình viên phải tự xây dựng 1 hệ thống phát sinh số ngẫu nhiên.

Phát sinh số ngẫu nhiên là 1 vấn đề rất cần thiết trong lập trình, để đáp ứng nhu cầu đó, C++ đã xây dựng sẵn 1 số thuật toán phát sinh số ngẫu nhiên.


Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++

Ngôn ngữ C++ cung cấp 2 hàm có chức năng khởi tạo và phát sinh số ngẫu nhiên, 2 hàm này thuộc thư viện cstdlib:

Khởi tạo số ngẫu nhiên (initialize random number generator)

Để khởi tạo số ngẫu nhiên, bạn sử dụng hàm srand() thuộc thư viện cstdlib:

void srand(unsigned int seed);

Lưu ý:

  • Hàm srand() nhận vào một đối số kiểu số nguyên không dấu, được gọi là seed (hạt giống).
  • Với mỗi seed khác nhau, hàm srand() sẽ tạo ra những bộ số ngẫu nhiên khác nhau. Những số ngẫu nhiên này sẽ được lấy ra bởi hàm rand().
  • Hai khởi tạo số ngẫu nhiên khác nhau với cùng một seed sẽ tạo ra cùng một kết quả.
  • Chỉ nên gọi hàm srand() 1 lần trước khi phát sinh số ngẫu nhiên.

Kết quả phát sinh số ngẫu nhiên của hàm rand() phụ thuộc vào giá trị của seed (hạt giống), nếu mỗi lần khởi tạo đều sử dụng cùng 1 seed, các số ngẫu nhiên nhận được sẽ là như nhau.

Vì vậy, giá trị của seed (hạt giống) cũng phải là 1 số ngẫu nhiên trong mỗi lần truyền vào hàm srand(). Nghe có vẻ khá mâu thuẩn, chúng ta đang cần 1 số ngẫu nhiên để tạo ra các số ngẫu nhiên. Vậy, vấn đề là người ta phải tìm ra 1 số thay đổi mỗi khi chương trình được chạy, không phải là số do người dùng chọn.

Một giải pháp cho vấn đề này là dựa trên thời gian hệ thống. Mỗi lần chương trình được chạy, thời gian sẽ khác nhau. Nên người ta lấy giá trị thời gian hệ thống làm seed (hạt giống), kết quả sẽ là những số ngẫu nhiên khác nhau trong mỗi lần chạy chương trình.

Để lấy được thời gian từ hệ thống, bạn có thể sử dụng hàm time() thuộc thư viện ctime. Hàm này sẽ trả về số giây từ 00:00 giờ, ngày 01 tháng 1 năm 1970.

Ví dụ:

#include <iostream>
#include <cstdlib> // for rand() and srand()
#include <ctime> // for time()
using namespace std;

int main()
{
	// initialize random number generator
	srand(time(0)); // set initial seed value to system clock

	// generate random number
	// ...

	return 0;
}

Ví dụ trên chỉ mới khởi tạo số ngẫu nhiên từ thời gian hệ thống, cách phát sinh các số ngẫu nhiên sẽ được giới thiệu ở phần tiếp theo.


Phát sinh số ngẫu nhiên (generate random number)

Để phát sinh 1 số ngẫu nhiên, bạn sử dụng hàm rand() thuộc thư viện cstdlib:

int rand(void);

int rand(void);

Lưu ý:

  • Hàm rand() trả về 1 số nguyên ngẫu nhiên trong khoảng từ 0 đến RAND_MAX.
  • RAND_MAX là 1 hằng số có giá trị 32767, được định nghĩa trong thư viện cstdlib.

Ví dụ về phát sinh số ngẫu nhiên:

int v1 = rand();		// v1 in the range 0 to 32767
int v2 = rand() % 100;		// v2 in the range 0 to 99
int v3 = rand() % 100 + 1;	// v3 in the range 1 to 100
int v4 = rand() % 30 + 1985;	// v4 in the range 1985-2014

Một số ví dụ về phát sinh số ngẫu nhiên

Ví dụ về trò chơi đoán số từ 1 số phát sinh ngẫu nhiên:

#include <iostream>
#include <cstdlib> // for rand() and srand()
#include <ctime> // for time()
using namespace std;

int main()
{
	int nSecret, nGuess;

	// initialize random seed
	srand(time(NULL));

	// generate secret number between 1 and 10
	nSecret = rand() % 10 + 1;

	do {
		cout << "Guess the number (1 to 10): ";
		cin >> nGuess;

		if (nSecret < nGuess) 
			cout << "The secret number is lower" << endl;
		else if (nSecret > nGuess) 
			cout << "The secret number is higher" << endl;
	} while (nSecret != nGuess);

	cout << "Congratulations!" << endl;

	return 0;
}

Output:

Phát sinh số ngẫu nhiên (Random number generation)

Chương trình trên phát sinh một số ngẫu nhiên từ 1 đến 10, và yêu cầu người dùng lặp lại việc chọn 1 số sao cho trùng với số ngẫu nhiên của hệ thống.

Ví dụ phát sinh một dãy 10 chữ số ngẫu nhiên:

#include <iostream>
#include <cstdlib> // for rand() and srand()
#include <ctime> // for time()
using namespace std;

int main()
{
	srand(time(0)); // set initial seed value to system clock

	for (int count = 0; count < 10; ++count)
	{
		cout << rand() << "\t";

		// If we've printed 5 numbers, start a new row
		if ((count + 1) % 5 == 0)
			cout << endl;
	}

	return 0;
}

Output:

Phát sinh số ngẫu nhiên (Random number generation)


Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ 11

C++ 11 cung cấp thêm rất nhiều thuật toán phát sinh số ngẫu nhiên thuộc thư viện random.

Ví dụ về 1 thuật toán phát sinh số ngẫu nhiên Mersenne Twister thường được sử dụng:

#include <iostream>
#include <random>
using namespace std;

int main()
{
	random_device rd;	// only used once to initialize (seed) engine
	mt19937 rng(rd());	// random-number engine used (Mersenne-Twister in this case)

	// output 10 random number
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		auto random_integer = rng();
		cout << random_integer << "\t";

		if ((i + 1) % 5 == 0)
			cout << endl;
	}

	// output 10 random number in the range 1 to 100 
	uniform_int_distribution<int> uni(1, 100);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		auto random_integer = uni(rng);
		cout << random_integer << "\t";

		if ((i + 1) % 5 == 0)
			cout << endl;
	}
	
	return 0;
}

Output:

Phát sinh số ngẫu nhiên (Random number generation)

Thuật toán trên tạo ra các số nguyên không dấu 32 bit, nên sẽ có phạm vi lớn hơn rất nhiều so với sử dụng hàm rand(). Bạn cũng có thể sử dụng kiểu mt19937_64 cho biến rng để có phạm vi số lớn hơn (64 bit).

Ví dụ trên có sử dụng từ khóa auto, chi tiết về nó sẽ được hướng dẫn trong bài TỪ KHÓA AUTO TRONG C++ (The auto keyword).

Vẫn còn rất nhiều thuật toán phát sinh số ngẫu nhiên khác, các bạn có thể tìm hiểu thêm và chia sẽ lại cho mọi người nhé.


Kết luận

Qua bài học này, bạn đã hiểu rõ về phương pháp Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ (Random number generation). Bạn có thể ứng dụng nó vào những chương trình cần phát sinh số ngẫu nhiên, các trò chơi, hoặc để ứng dụng vào những bài học về mảng tiếp theo.

Trong bài tiếp theo, mình sẽ giới thiệu cho các bạn về MẢNG 1 CHIỀU TRONG C++ (Arrays).

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hãy để lại bình luận hoặc góp ý của mình để phát triển bài viết tốt hơn. Đừng quên “Luyện tập – Thử thách – Không ngại khó”.


Tải xuống

Tài liệu

Nhằm phục vụ mục đích học tập Offline của cộng đồng, Kteam hỗ trợ tính năng lưu trữ nội dung bài học Phát sinh số ngẫu nhiên trong C++ (Random number generation) dưới dạng file PDF trong link bên dưới.

Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm thấy các tài liệu được đóng góp từ cộng đồng ở mục TÀI LIỆU trên thư viện Howkteam.com

Đừng quên likeshare để ủng hộ Kteam và tác giả nhé!


Thảo luận

Nếu bạn có bất kỳ khó khăn hay thắc mắc gì về khóa học, đừng ngần ngại đặt câu hỏi trong phần bên dưới hoặc trong mục HỎI & ĐÁP trên thư viện Howkteam.com để nhận được sự hỗ trợ từ cộng đồng.

Nội dung bài viết

Tác giả/Dịch giả

Khóa học

Khóa học lập trình C++ căn bản

Hiện nay, C++ đã là cái tên rất quen thuộc trong ngành lập trình. Mặc dù C++ là ngôn ngữ lập trình đã ra đời khá lâu, nhưng không phải ai cũng có cơ hội để tìm hiểu về nó.

Vì vậy, Kteam đã xây dựng lên khóa học LẬP TRÌNH C++ CĂN BẢN để cung cấp một lượng kiến thức về ngôn ngữ C++ nói riêng, và các khái niệm khác trong lập trình nói chung.

Nội dung khóa học sẽ được phân tách một cách chi tiết, nhằm giúp các bạn dễ hiểu và thực hành được ngay. Serial dành cho những bạn chưa có bất kỳ kiến thức gì về lập trình, hoặc những bạn mất căn bản muốn lấy lại kiến thức nền tảng lập trình, cụ thể là C++.

Đánh giá

Nam Van đã đánh giá 23:26 02-02-2023

Ducanhngo đã đánh giá 10:10 05-07-2022

Bủh bủh lmao

quanvodocata đã đánh giá 20:24 23-04-2022

prolayerVN đã đánh giá 19:36 27-10-2020

em ko biết nên sử dụng kiểu nào vì cái nào cx rắc rối hết trơn

Huy2020 đã đánh giá 10:45 21-10-2020

Bình luận

Để bình luận, bạn cần đăng nhập bằng tài khoản Howkteam.

Đăng nhập
inusedname đã bình luận 10:13 21-10-2020

anh ơi sao mt19937 lại không khởi tạo ngẫu nhiên mỗi lần chương trình chạy vậy ạ ?

#include <iostream>

#include <random>

using namespace std;

int main()

{

    random_device rd;

    mt19937 ran(rd());

    uniform_int_distribution<int> uni(1, 1000);

    auto a = uni(ran);

    cout << a;

}

minhtuan1709 đã bình luận 17:02 21-09-2019

sao em chạy chương trình này lại ra lỗi "too many arguments to function "int rand()" "

#include <bits/stdc++.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
using namespace std;
long long random(long long minN , long long maxN)
{
    return minN + rand() % (maxN + 1 - minN);
}
int main()
{
    long long r , n , count , i;
    long double sum;
    cin >> n;
    sum = 0;
    count = 0;
    srand((long long)time(0));
    for (i = 0 ; 1 ; ++i)
    {
        r = rand(1 , n);
        sum += r;
        count += 1;
        if (sum > 2017)
        {
            cout << sum / count;
            return 0;
        }
    }
    return 0;
}

<Đề bài là :  nhập vào 1 số nguyên n , tạo ngẫu nhiên liên tiếp các số nguyên bé hơn n , đến khi tổng của chúng lớn hơn 2017 . tính trung bình cộng các số vừa nhập>

LeVinhIT đã bình luận 18:26 08-04-2019

random_device rd;
    mt19937 rng(rd());
    uniform_int_distribution<int> uni(10, 100);

    while (uni(rng) <= 99)
    {
        cout << uni(rng) << endl;
        if (uni(rng) == 50)
        {
            cout << 50 << endl;
            break;
        }
    }

 


 làm sao để in các số từ 10 đến 100, khi đến số 50 sẽ in ra màn hình và dừng chương trình ạ,  em cám ơn

Nguyễn Long đã bình luận 00:15 21-11-2018

Hay quá ạ

 

hctrung98 đã bình luận 03:33 05-03-2017
hay quá anh ơi
Không có video.