C 语言中互不相同随机数的应用研究

摘要：文章对随机数的应用问题进行了详细的分析, 给出了一种实现的算法, 并用C 语言实现。通过该问题的C 实现, 可使学习者
清晰地观测到解决该问题的全过程。
关键词：随机数; 算法; 随机排序

1 随机数产生的方法
在编程过程中，随机数有其广泛的应用价值。在C 语言中，可以利用C 语言中的种子函数srand()和伪随机函数rand()来实现。生
成步骤如下：
1) 首先给srand()提供一个种子，它是一个unsigned int 类型，其取值范围从0~65535；
2) 然后调用rand()，它会根据提供给srand()的种子值返回一个随机数(在0 到32767 之间);
3) 根据需要多次调用rand()，从而不间断地得到新的随机数；
4) 无论什么时候，都可以给srand()提供一个新的种子，从而进一步“随机化”rand()的输出结果。
范例源程序如下：
#include <stdlib.h>
void main()
{
int i;
srand((unsigned)time(NULL));
i = rand();
Printf("%d",i);

}

2 实际应用

在c 语言中，随机数的产生大致可以分为以下三种情况：

1) n 个任意的随机数的产生；

2) 从n 至n+m 的m+1 个随机数的产生；

3) 从n 至n+m 互不相同的m+1 个随机数产生。

前两种实现比较简单，在现实生活中应用较少。第三种实现较为复杂，较有实用价值，比如彩票选号，随机排列等。

下面以为随机为10 个学生分配1-10 十个座号为例说明。

3 算法分析
程序中学生对象必须有姓名和座号两个属性，不妨利用结构体来实现。生成座号方法有两种。

先说第一种。实现步骤如下：

第一步：在结构体初始化时直接指定学生姓名，座号可暂定为0。

第二步：利用随机函数生成学生座号，但生成的数值可能有重复。

第三步：利用循环语句生成新的座号，每生成一个新的座号，均需和以前的座号比较，若有重复，则重新生成，直到生成数值和前面所有数值均不相同。

这个算法在座号先生成后判断。生成后立刻作比较，如重复则重新生成。因此，在逐个生成之后即达到了预期目标。这种事算
法比较符合人们的逻辑，但需要重复比较，效率较低。

下面说第二种。实现步骤如下：

第一步：在结构体初始化时直接指定学生姓名、座号，座号可暂定为0。

第二步：定义一个一维数组a[10]存放1-10 十个座号,且令a[i]=i+1。

第三步：利用循环语句随机生成a 数组的第某个元素，如果该元素不等于0，则成为学生的座号。

第四步：a 数组的第某个元素归零，重新利用循环和判断生成下一个座号。

第二种算法是先判断后生成。思路为先生成一个放置座号的数组，然后从中随机抽取，抽取后为防止重复，立即归零。与第一种

算法相比，每次生成座号，只需判断是否为0 即可，大大提高了程序执行的效率。

4 C 语言实现
4.1 先生成后判断的程序实现
4.1.1 说明

1) 10 个学生姓名分别为：A,B,C,D,E,F,G,H,I,J。

2) 10 个学生的初始座号均为0。
3) 利用strand()函数和rand()函数产生随机数。
4.1.2 编程
#include <stdlib.h>
struct student
{
char name[10];
int num;
}
stu[10]={"A",0,"B",0,"C",0,"D",0,"E",0,"F",0,"G",0,"H",0,"I",0,"J",0};/* 初始化学生信息*/
main()
{
int i,j;
srand(time(0));
for(i=0;i<10;i++)
{
stu[i].num=rand()%10+1;
for(j=0;j<i;j++)
{

if(i! =0&&stu[i].num==stu[j].num)
{

stu[i].num=rand()%10+1;
j=-1;
}/* 重新产生座号*/
}

}
for(i=0;i<10;i++)
printf("\n%s:%d\n",stu[i].name,stu[i].num);/* 输出结果*/
}

4.2 先判断后生成的程序实现
4.2.1 说明
1) 10 个学生姓名分别为：A,B,C,D,E,F,G,H,I,J;初始座号均为0。
2) a 数组中存放座号。
3) 利用strand()函数和rand()函数随机抽取a 数组的第index 个元素。
4) 防止座号重复，a 数组的第index 个元素用完后立刻归零。
4.2.2 编程
#include <stdlib.h>
struct student {
char name[10];
int num;
}
stu[10]={"A",0,"B",0,"C",0,"D",0,"E",0,"F",0,"G",0,"H",0,"I",0,"J",0};
main()
{
int a[10],i,index,x=0;
for(i=0;i<10;i++)
a[i]=i+1; /* 存放座号*/
srand(time(0));
for(i=0;i<10;)
{
index=rand()%10; /* 随机抽取座号*/
if(a[index]! =0)
{
stu[i].num=a[index];
a[index]=0;
++i;
}

}
for(i=0;i<10;i++)
printf("\n%s:%d\n",stu[i].name,stu[i].num);
}

5 总结
C 语言产生互不相同的随机数，主要有两种方式，一种是先生成再判断，一种是先判断再生成。需要注意的是：前者要在判断过
程中要逐一比较，不可遗漏。程序中的j=-1 和循环中的j++相结合，正好从stu[0].num 开始比较。后者要先建立一个数组来存放座
号，然后才能随机抽取。
参考文献：
[1] 谭浩强. C 语言程序设计[M]. 北京：清华大学出版社，2006.
[2] 严蔚敏. 数据结构(C 语言版)[M]. 北京：清华大学出版社.2007.
[3] 方风波. C 语言程序设计[M]. 北京：地质出版社，2006.