Borland C++ Builder 2007, C++, MS Visual Studio 2010, Практика

C++. Разработка класса Random генерирования случайных чисел

Разработка класса Random генерирования случайных чисел

Перед использованием данной темы рекомендуется ознакомиться с темой:

Содержание

Поиск на других ресурсах:




Условие задачи

Разработать класс Random, который содержит средства для генерирования последовательностей случайных чисел. Продемонстрировать работу класса. Программу разработать как Console Application.

  ⇑

Решение

1. Объявить внутренние переменные min, max

На первом шаге вводятся внутренние переменные. В нашем случае в раздел private нужно ввести переменные со следующими именами:

  • min – нижний предел диапазона случайных чисел;
  • max – верхний предел диапазона случайных чисел.

Внутренние переменные min, max имеют тип double. Класс поддерживает работу как с целыми числами так и с вещественными числами.

На данном этапе исходный код программы следующий:

#include <iostream>
#include <stdlib.h> // нужен для вызова функции rand(), srand()
#include <time.h> // нужен для вызова функции time()
using namespace std;

// Класс Random
class Random
{
private:
  double min, max; // Диапазон генерирования
}

  ⇑

2. Начальная инициализация. Конструкторы класса

В конструкторах помещается код установления начального значения (стартовой точки) для дальнейшего генерирования последовательностей

srand(time(NULL));

Значит, в конструкторе для каждого созданного экземпляра класса создается собственная стартовая точка. Каждый экземпляр класса будет генерировать собственную уникальную последовательность случайных чисел.

Текст конструкторов класса следующий

...

// Класс Random
class Random
{
private:
  double min, max; // Диапазон генерирования

public:
  // Конструкторы класса
  // Конструктор без параметров, инициализировать генератор чисел.
  // По умолчанию устанавливается диапазон [0, 100].
  Random(double min, double max)
  {
    srand(time(NULL));

    // Корректировка, если неправильно указаны пределы
    if (max > min)
    {
      this->min = max;
      this->max = min;
    }
    else
    {
      this->min = min;
      this->max = max;
    }
  }

  // Конструктор с двумя параметрами, которые устанавливают диапазон
  // генерирование случайных чисел
  Random(double min, double max)
  {
    srand(time(NULL));
    this->min = min;
    this->max = max;
  }
}

  ⇑

3. Функции, которые генерируют одиночные случайные числа

При генерировании случайных чисел базовыми методами класса являются методы генерирования одиночных случайных чисел. В классе реализовано генерирование как целых чисел, так и чисел с плавающей запятой.

3.1. Функции NextInt(). Генерирование целых чисел

Для генерирования целых чисел используются две функции, которые различаются входными параметрами. Одна из функций (с двумя параметрами) в качестве входных параметров получает минимальное и максимальное значения, которые формируют диапазон полученного числа. Другая функция (без параметров) использует значение внутренних переменных класса min, max для формирования диапазона сгенерированных чисел.

// Функция генерирования случайного целого числа в указанных границах.
// Диапазон чисел: [min, max]
int NextInt(int min, int max)
{
  // Получить случайное число - формула
  int num = min + rand() % (max - min + 1);
  return num;
}

// Функция генерирования случайного целого числа на основании
// данных текущего экземпляра.
int NextInt()
{
  return NextInt((int)this->min, (int)this->max);
}

  ⇑

3.2. Функции NextFloat(). Генерирование чисел с плавающей запятой

Для работы с числами с плавающей запятой в классе реализованы две перегруженные функции NextFloat(). Одна из функций возвращает число с плавающей запятой для диапазона значений (min, max), который задается как параметр функции. Вторая функция возвращает число с плавающей запятой для диапазона значений (min, max), который заданн во внутренних полях экземпляра класса.

Обе функции построены таким образом, что позволяют получить число с плавающей запятой с заданной точностью. Точность задается целым числом, которое равно количеству знаков после запятой.

Текст функций следующий:

// Функция, которая генерирует случайное число с плавающей запятой и заданной точностью.
// Функция получает 3 параметра:
// - min - нижняя граница;
// - max - верхняя граница;
// - precision - точность, количество знаков после запятой.
double NextFloat(double min, double max, int precision = 2)
{
  double value;

  // получить случайное число как целое число с порядком precision
  value = rand() % (int)pow(10, precision);

  // получить вещественное число
  value = min + (value / pow(10, precision )) * (max - min);

  return value;
}

// Перегруженный вариант NextFloat(), функция получает параметр - точность.
// Диапазон определяется на основании заданного экземпляра.
double NextFloat(int precision = 2)
{
  double value;
  // получить случайное число как целое число с порядком precision
  value = rand() % (int)pow(10, precision);

  // получить вещественное число
  value = min + (value / pow(10, precision)) * (max - min);

  return value;
}

  ⇑

4. Функции GetArrayInt() и GetArrayFloat(). Формирование последовательностей (массивов) чисел

Для расширения возможностей класса Random, в нем введены две дополнительные функции:

  • функция GetArrayInt() возвращает указатель на массив целых чисел, сгенерированных случайно;
  • функция GetArrayFloat() возвращает указатель на массив случайных чисел с плавающей запятой.

Функции выделяют память для результирующего массива. Эту память нужно освободить после использования в вызывающем коде.

// Метод, который возвращает массив целых чисел в диапазоне,
// который установлен значениями min, max текущего экземпляра.
// Входной параметр count - количество чисел в массиве
int* GetArrayInt(int count)
{
  int* A = new int[count];
  for (int i = 0; i < count; i++)
    A[i] = NextInt();
  return A;
}

// Метод, который возвращает массив вещественных чисел в диапазоне,
// который установлен в заданном экземпляре.
// Входные параметры:
// - count - количество чисел в массиве;
// - precision - точность (количество знаков после запятой).
double* GetArrayFloat(int count, int precision = 2)
{
  double* A = new double[count];
  for (int i = 0; i < count; i++)
    A[i] = NextFloat(precision);
  return A;
}

  ⇑

5. Функции SetMinMax(), GetMin(), GetMax(). Доступ к внутренним переменным

Иногда возникает необходимость изменить или прочитать диапазон значений, которые генерируются методами экземпляра класса Random. Для этого в классе реализованы методы доступа к переменным min, max.

// ----------- Методы доступа к внутренним переменным -------------
void SetMinMax(double min, double max)
{
  this->min = min;
  this->max = max;
}

double GetMin()
{
  return min;
}

double GetMax()
{
  return max;
}

  ⇑

6. Функция main(). Демонстрация использования класса Random

В функции main() демонстрируется использование класса Random. Текст функции следующий:

void main()
{
  // 1. Объявить экземпляры класса
  Random R1(0, 5); // вызывается конструктор с 2 параметрами
  Random R2; // вызывается конструктор без параметров

  // 2. Проверка метода NextInt()
  int d1 = R1.NextInt();
  int d2 = R1.NextInt();

  cout << "d1 = " << d1 << endl;
  cout << "d2 = " << d2 << endl;

  // 3. Демонстрация метода GetArrayInt()
  int* D = R1.GetArrayInt(20); // выделяется память для массива D

  cout << "Array D: ";
  for (int i = 0; i < 20; i++)
    cout << D[i] << " ";
  cout << endl;

  delete[] D; // не забыть освободить память

  // 4. Инициализация другим экземпляром класса
  Random R3 = R1;
  double* X = R3.GetArrayFloat(10, 4); // выделяется память

  cout << "Array X: ";
  for (int i = 0; i < 10; i++)
    cout << X[i] << " ";
  cout << endl;

  delete[] X; // освободить память

  // 5. Установить новые пределы в экземпляре R1
  R1.SetMinMax(19, 13); // числа в диапазоне [13; 19]

  // Сгенерировать новую последовательность в R1
  double* X2 = R1.GetArrayFloat(10, 3);

  cout << "Array X2:";
  for (int i = 0; i < 10; i++)
    cout << X2[i] << " ";
  cout << endl;

  delete[] X2;
}

  ⇑

7. Текст всей программы (сокращенный вариант)

В сокращенном виде текст класса Random следующий:

#include <iostream>
#include <stdlib.h> // нужен для вызова функций rand(), srand()
#include <time.h> // нужен для вызова функции time()
using namespace std;

// Класс Random
class Random
{
private:
  double min, max; // Диапазон генерирования

public:
  // ----------- Конструкторы класса ----------------------
  // Конструктор без параметров, инициализировать генератор чисел.
  // По умолчанию устанавливается диапазон [0, 100].
  Random()
  {
    ...
  }

  // Конструктор с двумя параметрами, которые устанавливают диапазон
  // генерирования случайных чисел
  Random(double min, double max)
  {
    ...
  }

  // ------ Методы генерирования одиночных случайных чисел --------
  // Функция генерирования случайного целого числа на основе
  // данных текущего экземпляра.
  int NextInt()
  {
    ...
  }

  // Функция генерирования случайного целого числа в указанных границах.
  // Диапазон чисел: [min, max]
  int NextInt(int min, int max)
  {
    ...
  }

  // Функция, которая генерирует случайное число с плавающей запятой и заданной точностью.
  // Функция получает 3 параметра:
  // - min - нижняя граница;
  // - max - верхняя граница;
  // - precision - точность, количество знаков после запятой.
  double NextFloat(double min, double max, int precision = 2)
  {
    ...
  }

  // Перегруженный вариант NextFloat(), функция получает параметр - точность.
  // Диапазон определяется на основе заданного экземпляра.
  double NextFloat(int precision = 2)
  {
    ...
  }

  // ---------- Методы генерирования последовательностей -----------------
  // Метод, который возвращает массив целых чисел в диапазоне,
  // который установлен значениями min, max текущего экземпляра.
  // Входной параметр count - количество чисел в массиве
  int* GetArrayInt(int count)
  {
    ...
  }

  // Метод, который возвращает массив вещественных чисел в диапазоне,
  // который установлен в заданном экземпляре.
  // Входные параметры:
  // - count - количество чисел в массиве;
  // - precision - точность (количество знаков после запятой).
  double* GetArrayFloat(int count, int precision = 2)
  {
    ...
  }

  // ----------- Методы доступа к внутренним переменным ----------------
  void SetMinMax(double min, double max)
  {
    ...
  }

  double GetMin()
  {
    ...
  }

  double GetMax()
  {
    ...
  }
};

void main()
{
  ...
}

  ⇑

Связанные темы

  ⇑