Mengapa rand () + rand () menghasilkan angka negatif?

Saya mengamati bahwa rand()fungsi perpustakaan ketika dipanggil hanya sekali dalam satu lingkaran, hampir selalu menghasilkan angka positif.

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

Tetapi ketika saya menambahkan dua rand()panggilan, nomor yang dihasilkan sekarang memiliki lebih banyak angka negatif.

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

Dapatkah seseorang menjelaskan mengapa saya melihat angka negatif dalam kasus kedua?

PS: Saya menginisialisasi benih sebelum loop sebagai srand(time(NULL)).

rand()didefinisikan untuk mengembalikan integer antara 0dan RAND_MAX.

rand() + rand()

bisa meluap. Apa yang Anda amati kemungkinan merupakan hasil dari perilaku tidak terdefinisi yang disebabkan oleh integer overflow.

Masalahnya adalah penambahan. rand()mengembalikan intnilai 0...RAND_MAX. Jadi, jika Anda menambahkan dua dari mereka, Anda akan bangun RAND_MAX * 2. Jika itu melebihi INT_MAX, hasil penambahan melebihi rentang yang valid yang intdapat ditampung. Melimpahnya nilai yang ditandatangani adalah perilaku yang tidak terdefinisi dan dapat menyebabkan papan ketik Anda berbicara kepada Anda dalam bahasa asing.

Karena tidak ada keuntungan di sini dalam menambahkan dua hasil acak, ide sederhana adalah tidak melakukannya. Atau Anda dapat memberikan setiap hasil unsigned intsebelum penambahan jika itu dapat menahan jumlah. Atau gunakan tipe yang lebih besar. Catatan yang longbelum tentu lebih luas dari int, hal yang sama berlaku long longjika intsetidaknya 64 bit!

Kesimpulan: Hindari saja penambahan. Itu tidak memberikan lebih banyak "keacakan". Jika Anda membutuhkan lebih banyak bit, Anda bisa menggabungkan nilainya sum = a + b * (RAND_MAX + 1), tetapi itu juga kemungkinan membutuhkan tipe data yang lebih besar daripada int.

Karena alasan yang Anda nyatakan adalah untuk menghindari hasil nol: Itu tidak dapat dihindari dengan menambahkan hasil dari dua rand()panggilan, karena keduanya bisa nol. Sebagai gantinya, Anda hanya bisa menambah. Jika RAND_MAX == INT_MAX, ini tidak dapat dilakukan di int. Namun, (unsigned int)rand() + 1akan melakukan sangat, sangat mungkin. Kemungkinan (tidak pasti), karena memang membutuhkan UINT_MAX > INT_MAX, yang benar pada semua implementasi yang saya ketahui (yang mencakup beberapa arsitektur tertanam, DSP, dan semua platform desktop, seluler, dan server selama 30 tahun terakhir).

Peringatan:

Meskipun sudah ditaburkan di komentar di sini, harap dicatat bahwa menambahkan dua nilai acak tidak mendapatkan distribusi yang seragam, tetapi distribusi segitiga seperti menggulung dua dadu: untuk mendapatkan 12(dua dadu) kedua dadu harus ditampilkan 6. karena 11sudah ada dua varian yang mungkin: 6 + 5atau 5 + 6, dll.

Jadi, penambahannya juga buruk dari aspek ini.

Juga catat bahwa hasil yang rand()dihasilkan tidak independen satu sama lain, karena dihasilkan oleh generator nomor pseudorandom . Perhatikan juga bahwa standar tidak menentukan kualitas atau distribusi seragam dari nilai yang dihitung.

Ini adalah jawaban untuk klarifikasi dari pertanyaan yang dibuat dalam komentar untuk jawaban ini ,

alasan saya menambahkan adalah untuk menghindari '0' sebagai angka acak dalam kode saya. rand () + rand () adalah solusi kotor cepat yang siap muncul di benakku.

Masalahnya adalah untuk menghindari 0. Ada (setidaknya) dua masalah dengan solusi yang diusulkan. Salah satunya adalah, seperti yang ditunjukkan oleh jawaban lainnya, yang rand()+rand()dapat memicu perilaku tidak terdefinisi. Saran terbaik adalah jangan pernah memaksakan perilaku yang tidak terdefinisi. Masalah lainnya adalah tidak ada jaminan yang rand()tidak akan menghasilkan 0 dua kali berturut-turut.

Berikut ini menolak nol, menghindari perilaku tidak terdefinisi, dan dalam sebagian besar kasus akan lebih cepat dari dua panggilan ke rand():

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

Pada dasarnya rand()menghasilkan angka antara 0dan RAND_MAX, dan 2 RAND_MAX > INT_MAXdalam kasus Anda.

Anda dapat modulus dengan nilai maksimal tipe data Anda untuk mencegah overflow. Kursus ini akan mengganggu distribusi angka acak, tetapi randhanya cara untuk mendapatkan angka acak cepat.

#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;
}

Mungkin Anda bisa mencoba pendekatan yang agak rumit dengan memastikan bahwa nilai yang dikembalikan dengan jumlah 2 rand () tidak pernah melebihi nilai RAND_MAX. Suatu pendekatan yang mungkin bisa berupa penjumlahan = rand () / 2 + rand () / 2; Ini akan memastikan bahwa untuk kompiler 16 bit dengan nilai RAND_MAX dari 32767 bahkan jika kedua rand terjadi untuk mengembalikan 32767, bahkan kemudian (32767/2 = 16383) 16383 + 16383 = 32766, dengan demikian tidak akan menghasilkan jumlah negatif.

alasan saya menambahkan adalah untuk menghindari '0' sebagai angka acak dalam kode saya. rand () + rand () adalah solusi kotor cepat yang siap muncul di benakku.

Solusi sederhana (oke, sebut saja "Retas") yang tidak pernah menghasilkan hasil nol dan tidak akan pernah meluap adalah:

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

Ini akan membatasi nilai maksimum Anda, tetapi jika Anda tidak peduli tentang itu, maka ini akan berfungsi dengan baik untuk Anda.

Untuk menghindari 0, coba ini:

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

Anda harus memasukkan limits.h.

Sementara apa yang orang lain katakan tentang kemungkinan overflow bisa jadi penyebab negatifnya, bahkan ketika Anda menggunakan bilangan bulat yang tidak ditandatangani. Masalah sebenarnya sebenarnya menggunakan fungsi waktu / tanggal sebagai unggulan. Jika Anda benar-benar menjadi terbiasa dengan fungsi ini, Anda akan tahu persis mengapa saya mengatakan ini. Seperti apa yang sebenarnya dilakukannya adalah memberi jarak (waktu berlalu) sejak tanggal / waktu tertentu. Meskipun penggunaan fungsi tanggal / waktu sebagai seed to rand (), adalah praktik yang sangat umum, itu sebenarnya bukan pilihan terbaik. Anda harus mencari alternatif yang lebih baik, karena ada banyak teori tentang topik ini dan saya tidak mungkin membahas semuanya. Anda menambahkan ke dalam persamaan ini kemungkinan overflow dan pendekatan ini sudah ditakdirkan sejak awal.

Mereka yang memposting rand () +1 menggunakan solusi yang paling banyak digunakan untuk menjamin bahwa mereka tidak mendapatkan angka negatif. Tapi, pendekatan itu juga bukan cara terbaik.

Hal terbaik yang dapat Anda lakukan adalah meluangkan waktu ekstra untuk menulis dan menggunakan penanganan pengecualian yang tepat, dan hanya menambah angka rand () jika dan / atau ketika Anda berakhir dengan hasil nol. Dan, untuk menangani angka negatif dengan benar. Fungsionalitas rand () tidak sempurna, dan karena itu perlu digunakan bersamaan dengan penanganan pengecualian untuk memastikan bahwa Anda mendapatkan hasil yang diinginkan.

Meluangkan waktu dan upaya ekstra untuk menyelidiki, mempelajari, dan mengimplementasikan fungsionalitas rand () dengan baik sepadan dengan waktu dan upaya. Hanya dua sen saya. Semoga beruntung dengan usahamu...