Verständnis des unerwarteten Verhaltens der zufälligen Zahlenerzeugung in einer binär basierten Funktion ⇐ C++

[Anonymous]

Ich habe eine Funktion in Arduino geschrieben, um zufällige Zahlen mit der gleichen Anzahl von binären Bits wie die Eingabe zu generieren. Bei Verwendung von random () mit berechneten Bereichen stimmt die Ausgabe manchmal nicht mit der erwarteten Bit -Bitlänge überein. Zum Beispiel erzeugt es mit Bitnum = 3 3 (11 in Binär), das nicht 3 Bit hat. Ich habe den Bereich leicht angepasst und es hat funktioniert, aber ich verstehe nicht warum. Ich hoffe, den Grund für dieses Verhalten zu lernen. Wenn eine positive Ganzzahl in diese Funktion eingegeben wird, gibt sie eine zufällige Ganzzahl aus, deren binäre Darstellung die gleiche Anzahl von Bits wie die Eingabe aufweist. Wenn Sie beispielsweise 4 eingeben, ist die Ausgabe eine zufällige Zahl im Bereich [8, 15], was den Binärzahlen 1000 und 1111 entspricht. Anfangs habe ich die Funktion wie folgt geschrieben: < /p>

Code: Select all

int DecimalNum(int bitnum)
{
randomSeed(millis());
int MAX = pow(2, bitnum);
int mini = pow(2, bitnum - 1);
int randomNum = random(mini, MAX);
return randomNum;
}

Ich habe int max = pow (2, bitnum); geschrieben, da ich weiß, dass es in der Funktion Random () eine % Berechnung mit max gibt. Bei der Ausführung von zufälligen (mini, max) ist der Bereich der Zufallszahl [mini, max). Um den Bereich [2^(Bitnum -1), 2^Bitnum - 1] zu erhalten, setze ich max = pow (2, bitnum) , was Pow (2, Bitnum) - 1 + 1 entspricht. Auf diese Weise kann ich den Bereich [2^(Bitnum-1), 2^Bitnum) erreichen, der zu [2^(Bitnum-1), 2^Bitnum-1 entspricht. Wenn das Bitnum 3 ist, generiert die Funktion random () 3, was in Binär 11 ist. Die Anzahl der binären Bits entspricht nicht dem erforderlichen 3. Das macht keinen Sinn. Ein ähnliches Problem tritt auch auf, wenn 4 7 (111) und 5 generiert 15 (1111).

Code: Select all

howbig

repräsentiert die obere Grenze und wiesMall die untere Grenze darstellt. Die Zeilenrückgabe Random () % HowBig; teilt die Zufallszahl nach der Obergrenze und nimmt den Rest auf. Wenn Sie zufällig (a) aufrufen, fällt die Zufallszahl in den Bereich [0, a). Die Zeile lang diff = howBig - HowSmall; berechnet den Differenzdiff zwischen der oberen Grenze HowBig und der unteren Grenze HowSmall . Die Zeilenrückgabe -Zufall (Diff) + HowsMall; übergibt Diff in lange zufällige (lange Heu -Howbig) , um eine zufällige Zahl innerhalb des Bereichs zu erzeugen [0, diff), und fügt dann hinzu, dass die Reichweite auf [Howsmall, HOWBIG). Code: < /p>

Code: Select all

int MAX = pow(2, bitnum);
int mini = pow(2, bitnum - 1);
< /code>
theoretisch sollte keine Fehler verursachen.int MAX = pow(2, bitnum);
int mini = pow(2, bitnum - 1) + 1;
< /code>
Und zu meiner Überraschung hat es funktioniert. Ich verstehe jedoch nicht, warum diese Änderung es zum Laufen gebracht hat, und ich bin gespannt darauf, den Grund dafür zu lernen. Deshalb poste ich diese Frage. < /P>
Diese Funktion ist Teil eines Programms namens "The Game of Binary". Hier ist der vollständige Code des Programms (wieder funktioniert es). Ich hoffe, es kann Ihnen helfen, meine Frage zu verstehen. Die Hardware erfordert einen LCD-Bildschirm und zwei Tasten als Pull-up-Widerstandsschalter. Verzeihen Sie mir auch, dass ich keine Kommentare geschrieben habe, aber keine Sorge - das Programm ist sehr einfach.  < /P>
Ich hoffe, Sie können mir helfen, herauszufinden, warum dieses unerwartete Verhalten auftritt.#include 

#include 
#include 

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
const int ONE_BTN_PIN = 12;
const int ZERO_BTN_PIN = 13;
int ONE_BTN_State = 0;
int ZERO_BTN_State = 0;

void setup()
{
pinMode(ONE_BTN_PIN, INPUT_PULLUP); pinMode(ZERO_BTN_PIN, INPUT_PULLUP);
lcd.init();
lcd.backlight();
String message ="This is the game of binary.";
lcd.setCursor(0,1); lcd.print("0 & 1 for skip");

for(int i=0; i= 0; i--)
{
binaryString += String((qustion >> i) & 1);
}
return binaryString;
}

String ReadAnswer(int bitnum)
{
String ans = "";
unsigned long startTime = millis();
unsigned long timeLimit = 10000;

for(int i = 16 - bitnum; i < 16; i++)
{
for(;;)
{
int timeLeft = (timeLimit - (millis() - startTime)) / 1000;
lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("  ");
lcd.setCursor(16 - String(timeLeft).length(), 0); lcd.print(timeLeft);
ONE_BTN_State = digitalRead(ONE_BTN_PIN); ZERO_BTN_State = digitalRead(ZERO_BTN_PIN);
if(ONE_BTN_State == HIGH && ZERO_BTN_State == HIGH)
break;
}
for(;;)
{
int timeLeft = (timeLimit - (millis() - startTime)) / 1000;
lcd.setCursor(14, 0); lcd.print("  ");
lcd.setCursor(16 - String(timeLeft).length(), 0); lcd.print(timeLeft);
ONE_BTN_State = digitalRead(ONE_BTN_PIN); ZERO_BTN_State = digitalRead(ZERO_BTN_PIN);
if(ONE_BTN_State == LOW && ZERO_BTN_State == HIGH)
{
lcd.setCursor(i, 1); lcd.print("1");
ans += "1";
break;
}
else if(ZERO_BTN_State == LOW && ONE_BTN_State == HIGH)
{
lcd.setCursor(i, 1); lcd.print("0");
ans += "0";
break;
}
if(millis() - startTime > timeLimit)
{
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("      LOSE      ");
loop();
}
}
}
return ans;
}

void loop()
{
for(int level = 1; level 
Der Quellcode von zufällig < /p>
extern "C"  {
#include "stdlib.h"
}

void randomSeed(unsigned long seed)
{
if (seed != 0) {
srandom(seed);
}
}

long random(long howbig)
{
if (howbig == 0) {
return 0;
}
return random() % howbig;
}

long random(long howsmall, long howbig)
{
if (howsmall >= howbig) {
return howsmall;
}
long diff = howbig - howsmall;
return random(diff) + howsmall;
}

long map(long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max)
{
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}

unsigned int makeWord(unsigned int w) { return w; }
unsigned int makeWord(unsigned char h, unsigned char l) { return (h