Perché rand () + rand () produce numeri negativi?

Ho osservato che la rand()funzione di libreria quando viene chiamata una sola volta all'interno di un ciclo, produce quasi sempre numeri positivi.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d\n", rand());
}

Ma quando aggiungo due rand()chiamate, i numeri generati ora hanno più numeri negativi.

for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d = %d\n", rand(), (rand() + rand()));
}

Qualcuno può spiegare perché nel secondo caso visualizzo numeri negativi?

PS: inizializzo il seme prima del ciclo come srand(time(NULL)).

rand()è definito per restituire un numero intero compreso tra 0e RAND_MAX.

rand() + rand()

potrebbe traboccare. Ciò che si osserva è probabilmente il risultato di un comportamento indefinito causato da un overflow di numeri interi.

Il problema è l'aggiunta. rand()restituisce un intvalore di 0...RAND_MAX. Quindi, se ne aggiungi due, ti alzi RAND_MAX * 2. Se questo supera INT_MAX, il risultato dell'aggiunta trabocca nell'intervallo valido che intpuò essere mantenuto. L'overflow dei valori firmati è un comportamento indefinito e può portare la tua tastiera a parlarti in lingue straniere.

Dato che qui non c'è alcun vantaggio nell'aggiungere due risultati casuali, l'idea semplice è semplicemente di non farlo. In alternativa è possibile eseguire il cast di ogni risultato unsigned intprima dell'aggiunta se è possibile contenere la somma. Oppure usa un tipo più grande. Nota che longnon è necessariamente più ampio di int, lo stesso vale per long longse intè almeno 64 bit!

Conclusione: basta evitare l'aggiunta. Non fornisce più "casualità". Se sono necessari più bit, è possibile concatenare i valori sum = a + b * (RAND_MAX + 1), ma probabilmente è necessario un tipo di dati più grande di int.

Poiché il motivo dichiarato è quello di evitare un risultato zero: ciò non può essere evitato aggiungendo i risultati di due rand()chiamate, poiché entrambi possono essere zero. Invece, puoi semplicemente incrementare. Se RAND_MAX == INT_MAXnon è possibile farlo int. Tuttavia, (unsigned int)rand() + 1lo farà molto, molto probabilmente. Probabile (non definitivamente), perché lo richiede UINT_MAX > INT_MAX, il che è vero su tutte le implementazioni di cui sono a conoscenza (che copre alcune architetture embedded, DSP e tutte le piattaforme desktop, mobili e server degli ultimi 30 anni).

Avvertimento:

Sebbene sia già cosparso nei commenti qui, tieni presente che l'aggiunta di due valori casuali non ottiene una distribuzione uniforme, ma una distribuzione triangolare come il lancio di due dadi: per ottenere 12(due dadi) entrambi i dadi devono mostrare 6. perché 11ci sono già due possibili varianti: 6 + 5o 5 + 6, ecc.

Quindi, anche l'aggiunta è negativa da questo aspetto.

Si noti inoltre che i risultati rand()generati non sono indipendenti l'uno dall'altro, poiché sono generati da un generatore di numeri pseudocasuali . Si noti inoltre che lo standard non specifica la qualità o la distribuzione uniforme dei valori calcolati.

Questa è una risposta a un chiarimento della domanda fatta in commento a questa risposta ,

il motivo che stavo aggiungendo era di evitare "0" come numero casuale nel mio codice. rand () + rand () è stata la rapida soluzione sporca che mi è venuta subito in mente.

Il problema era evitare 0. Esistono (almeno) due problemi con la soluzione proposta. Uno è, come indicano le altre risposte, che rand()+rand()può invocare un comportamento indefinito. Il miglior consiglio è di non invocare mai comportamenti indefiniti. Un altro problema è che non esiste alcuna garanzia che rand()non produrrà 0 due volte di seguito.

Quanto segue rifiuta zero, evita comportamenti indefiniti e nella stragrande maggioranza dei casi sarà più veloce di due chiamate a rand():

int rnum;
for (rnum = rand(); rnum == 0; rnum = rand()) {}
// or do rnum = rand(); while (rnum == 0);

Fondamentalmente rand()produce numeri tra 0e RAND_MAX, e 2 RAND_MAX > INT_MAXnel tuo caso.

È possibile modulare con il valore massimo del tipo di dati per evitare l'overflow. Questo corso interromperà la distribuzione dei numeri casuali, ma randè solo un modo per ottenere numeri casuali rapidi.

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    int i=0;

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %d \n", rand(), ((rand() % (INT_MAX/2))+(rand() % (INT_MAX/2))));

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %ld \n", rand(), ((rand() % (LONG_MAX/2))+(rand() % (LONG_MAX/2))));

    return 0;
}

Forse potresti provare un approccio piuttosto difficile assicurandoti che il valore restituito dalla somma di 2 rand () non superi mai il valore di RAND_MAX. Un possibile approccio potrebbe essere sum = rand () / 2 + rand () / 2; Ciò garantirebbe che per un compilatore a 16 bit con valore RAND_MAX di 32767 anche se entrambi i rand restituiscono 32767, anche allora (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, non comporterebbe quindi una somma negativa.

il motivo che stavo aggiungendo era di evitare "0" come numero casuale nel mio codice. rand () + rand () è stata la rapida soluzione sporca che mi è venuta subito in mente.

Una soluzione semplice (va bene, chiamala "Hack") che non produce mai un risultato zero e non trabocca mai:

x=(rand()/2)+1    // using divide  -or-
x=(rand()>>1)+1   // using shift which may be faster
                  // compiler optimization may use shift in both cases

Questo limiterà il tuo valore massimo, ma se non ti interessa, allora dovrebbe funzionare bene per te.

Per evitare 0, prova questo:

int rnumb = rand()%(INT_MAX-1)+1;

È necessario includere limits.h.

Mentre ciò che tutti gli altri hanno detto sul probabile overflow potrebbe benissimo essere la causa del negativo, anche quando si usano numeri interi senza segno. Il vero problema è in realtà l'utilizzo della funzionalità data / ora come seme. Se hai acquisito familiarità con questa funzionalità, saprai esattamente perché lo dico. Ciò che realmente fa è fornire una distanza (tempo trascorso) da una data / ora specifica. Mentre l'uso della funzionalità data / ora come seme di un rand () è una pratica molto comune, in realtà non è l'opzione migliore. Dovresti cercare alternative migliori, in quanto ci sono molte teorie sull'argomento e non potrei probabilmente approfondirle tutte. Aggiungete a questa equazione la possibilità di overflow e questo approccio è stato condannato dall'inizio.

Quelli che hanno pubblicato il rand () + 1 stanno usando la soluzione che più usano per garantire che non ottengano un numero negativo. Ma anche questo approccio non è il modo migliore.

La cosa migliore che puoi fare è prenderti il ​​tempo extra per scrivere e usare la corretta gestione delle eccezioni, e aggiungere solo al numero rand () se e / o quando finisci con un risultato zero. E, per gestire correttamente i numeri negativi. La funzionalità rand () non è perfetta e pertanto deve essere utilizzata insieme alla gestione delle eccezioni per garantire che si ottenga il risultato desiderato.

Prendersi il tempo e gli sforzi extra per indagare, studiare e implementare correttamente la funzionalità rand () vale la pena dedicare tempo e fatica. Solo i miei due centesimi. Buona fortuna per il tuo impegno...