1-0:Microsoft VC++产生随机数的原理:
Srand ( )和Rand( )函数。它本质上是利用线性同余法,y=ax+b(mod m)。当中a,b,m都是常数。因此rand的产生决定于x,x被称为Seed。Seed须要程序中设定,普通情况下取系统时间作为种子。它产生的随机数之间的相关性非常小,取值范围是0—32767(int),即双字节(16位数),若用unsigned int 双字节是65535,四字节是4294967295,一般能够满足要求。
1-1: 线性同余法:
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当中M是模数,A是乘数,C是增量,为初始值,当C=0时,称此算法为乘同余法;若C≠0,则称算法为混合同余法,当C取不为零的适当数值时,有一些长处,但长处并不突出,故常取C=0。模M大小是发生器周期长短的主要标志,常见有M为素数,取A为M的原根,则周期T=M-1。比如:
a=1220703125
a=32719 (程序中用此组数)
a=16807
代码:
void main( )
{
const int n=100;
double a=32719,m=1,f[n+1],g[n],seed;
m=pow(2,31);
cout<<"设置m值为 "<<m-1<<endl;
cout<<"输入种子"<<endl; //输入种子
cin>>seed;
f[0]=seed;
for(int i=1;i<=n;i++) //线性同余法生成随机数
{
f[i]=fmod((a*f[i-1]),(m-1));
g[i-1]=f[i]/(m-1);
cout.setf(ios::fixed);cout.precision(6); //设置输出精度
cout<<i<<" "<<"/n"<<g[i-1]<<endl;
}
}
结果分析:统计数据的平均值为:0.485653
统计数据的方差为:0.320576
1-2:人字映射
递推公式
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就是有名的混沌映射中的“人字映射”或称“帐篷映射”,它的非周期轨道点的分布密度函数:人字映射与线性同余法结合,可产生统计性质优良的均匀随机数。
for(int i=1;i<=n;i++) //线性同余法生成随机数
{
f[i]=fmod((a*f[i-1]),m);
if(f[i]<=m/2) //与人字映射结合生成随机数
{
f[i]=2*f[i];
}
else
{
f[i]=2*(m-f[i])+1;
}
1-3:平方取中法——冯·诺伊曼
1946年前后,由冯·诺伊曼提出,他的办法是去前面的随机数的平方,并抽取中部的数字。比如要生成10位数字,并且先前的值是5772156649,平方后得到33317792380594909201,所下面一个数是7923805949。
for(j=1;j<=n;j++)
{
i[j]=i[j-1]*i[j-1];
i[j]=i[j]/pow(10,5);
i[j]=fmod(i[j],pow(10,10));
g[j]=i[j]/pow(10,10);
cout.setf(ios::fixed);cout.precision(6); //设置输出精度
cout<<j<<‘/t‘<<g[j]<<endl;
}
二:随意分布随机数的生成
利用(0,1)均匀分布的随机数能够产生随意分布的随机数。基本的方法有反函数法,舍选法,离散逼近法,极限近似法和随机变量函数法等。这里主要讨论了反函数法,当然对于详细分布函数能够採用不同的方法。
设随机变量X具有分布函数F(X),则对一个给定的分布函数值,X的值为
当中inv表示反函数。现如果r是(0,1)均匀分布的随机变量R的一个值,已知R的分布函数为
因此,假设r是R的一个值,则X具有概率
也就是说假设 (r1,r2,...,rn)是R的一组值,则对应可得到的一组值
具有分布。从而,假设我们已知分布函数的反函数,我们就能够从(0,1)分布的均匀分布随机数得到所需分布的随机数了。
1-4:指数分布:
指数分布的分布函数为:
x<0时,F(x)=0 ; ,F(x)=1-exp
利用上面所述反函数法,能够求得: x= ln(1-y),这里最好还是取常数 为1.
for(int j=0;j<n;j++)
{
i=rand()%100;//产生从0-32767的随意一个值
a[j]=double(i)/double(100);
a[j]=-log(a[j]);// 常数大于0,这里取1
、、、、、、、
1-5:正态分布:
正态分布的概率密度是:
正态分布的分布函数是:
对于正态分布,利用反函数的方法来获取正态分布序列显然是非常麻烦的,牵涉到非常复杂的积分微分运算,同一时候为了方便,我们取,即标准正态分布。因此这里介绍了两种算法:
第一种:
Box和Muller在1958年给出了由均匀分布的随机变量生成正态分布的随机变量的算法。设U1, U2是区间 (0, 1)上均匀分布的随机变量,且相互独立。令
X1=sqrt(-2*log(U1)) * cos(2*PI*U2);
X2=sqrt(-2*log(U1)) * sin(2*PI*U2);
那么X1, X2服从N(0,1)分布,且相互独立。
p=rand()%100;//产生从0-32767的随意一个值
b[j]=double(p)/double(100);
a[j]=sqrt(-2*log(a[j]))*cos(2*3.1415926*b[j]);
另外一种:
近似生成标准正态分布,独立同分布的多个随机变量和的分布趋近于正态分布,取k个均匀分布的(0,1)随机变量,,…… ,则它们的和近似服从正态分布。
实践中,取k=12,(由于D( )=1/12),则新的随机变量y=x1+x2+...+x12-6,能够求出数学期望E(y)=0,方差D(y)=12*1/12=1,因此能够近似描写叙述标准正态分布。