随机数与简单模拟

概念说明

在实际编程中，我们经常需要生成随机数，例如掷骰子、随机抽样、洗牌、小游戏事件触发等。 在 C 语言里，最常见的入门接口是 <stdlib.h> 中的 rand() 和 srand()。

不过要先建立一个重要认识： rand() 生成的通常不是“真正随机数”，而是伪随机数，也就是由某个初始种子按固定规则推导出来的数列。

这意味着两件事：

• 给定相同种子，通常会得到相同序列。
• 如果你从不设置种子，程序每次启动时往往会重复同一条序列。

语法/规则

1. rand() 会返回一个位于 0 到 RAND_MAX 之间的整数。
2. srand(seed) 用来设置随机种子，常见写法是 srand((unsigned)time(NULL));。
3. 种子通常只需要在程序启动时设置一次，不要在循环里反复重设。
4. rand() % n 能快速得到 0 到 n - 1 之间的整数，但会存在一定偏差。
5. 对于入门练习和简单小游戏，rand() 足够用；对于密码学或安全用途，它远远不够。
6. 如果要得到 1 到 6 之间的整数，常见写法是 rand() % 6 + 1。
7. 写随机逻辑时，最好先验证结果是否落在预期范围内，再考虑分布是否均匀。

示例

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

int main(void) {
    int range_ok = 1;

    srand(1);
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        int dice = rand() % 6 + 1;
        if (dice < 1 || dice > 6) {
            range_ok = 0;
        }
    }

    printf("range_ok = %d\n", range_ok);
    return 0;
}

输出结果：

1

range_ok = 1

这里使用固定种子 1，是为了让示例更稳定。 真正做随机模拟时，通常会改成基于时间的种子。

常见错误

1. 每次生成随机数前都调用一次 srand，结果让序列反而变得更差。
2. 忘记设置种子，导致程序每次启动都得到相同的随机序列。
3. 以为 rand() 适合做密码、令牌或安全随机用途，实际上它并不适合。
4. 只会写 rand() % n，却没意识到这种映射在严格场景下可能有偏差。
5. 只关注“看起来随机”，却没有先验证结果是否满足基本范围约束。