Qt 隨機數詳解

一、Qt隨機數函數的使用

Qt中提供了一組名為QRandomGenerator的工具類，它提供了幾個生成隨機數的函數，在使用時需要先實例化該類，代碼如下：

QRandomGenerator rg;
int number = rg.bounded(10);

其中rg.bounded(n)函數可以生成一個0~n-1之間的隨機數，包括0和n-1，n為自然數。 如果需要生成一組隨機的顏色，可以使用Qt內置的QRgb數據類型和qRgb函數，代碼如下：

QRandomGenerator rg;
QColor color(qRgb(rg.bounded(256), rg.bounded(256), rg.bounded(256)));

上述代碼可以隨機生成一個RGB顏色值，並用QColor類型去接受它。

二、隨機數種子的設置

隨機數的生成是基於隨機數生成器的一種運算。而這個運算必須要有一個起點，這個起點被稱為隨機數種子(seed)。如果不設置隨機數種子，那麼每次生成的隨機數都是相同的，所以需要設置不同的種子來獲得不同的隨機數。 可以使用qsrand()函數設置隨機數種子，但是qsrand()本身並不能保證種子的隨機性，所以更好的選擇是使用QRandomGenerator自帶的種子，代碼如下：

QRandomGenerator rg(QDateTime::currentMSecsSinceEpoch());
int number = rg.bounded(10);

其中QDateTime::currentMSecsSinceEpoch()可以獲得當前時間的毫秒值，保證了每次程序執行時的隨機性。

三、高效生成隨機序列

在某些情況下，需要如此大量的隨機數，以至於一次生成一個的方式變得低效。幸運的是，Qt提供了一種高效生成偽隨機序列的方式，代碼如下：

QRandomGenerator rg;
QVector<quint32> sequence = rg.generate(10);

其中generate()函數可以高效生成包含n個隨機數的序列，並返回一個QVector<quint32>類型的數據。

四、Qt隨機數的實際應用

Qt中的隨機數可以用於許多應用領域，如遊戲、動畫效果等。下面以多個實際應用場景來作為示例：

1. 圖像噪點效果

可以使用Qt生成一組隨機數，在圖像上添加一些隨機的像素點，模擬圖像的噪點效果。代碼如下：

QRandomGenerator rg(QDateTime::currentMSecsSinceEpoch());
for(int x = 0; x < image.width(); x++) {
    for(int y = 0; y < image.height(); y++) {
        if(rg.bounded(100) < 5) {
            image.setPixel(x, y, qRgb(255, 255, 255));
        }
    }
}

2. 隨機漫步演算法

可以使用Qt生成一組隨機數，在二維平面上用簡單隨機遊走模型演示隨機漫步演算法的過程，模擬粒子在空氣中的運動情況。代碼如下：

QRandomGenerator rg(QDateTime::currentMSecsSinceEpoch());
QPoint currentPoint(0, 0);
for(int i = 0; i < 100; i++) {
    int direction = rg.bounded(4);
    switch(direction) {
        case 0: currentPoint += QPoint(0, -1); break;
        case 1: currentPoint += QPoint(0, 1); break;
        case 2: currentPoint += QPoint(-1, 0); break;
        case 3: currentPoint += QPoint(1, 0); break;
    }
    painter.drawPoint(currentPoint);
}

3. 遊戲隨機關卡生成

可以使用Qt生成一組隨機數，在遊戲中生成關卡地圖。代碼如下：

QRandomGenerator rg(QDateTime::currentMSecsSinceEpoch());
const int width = 20;
const int height = 10;
QVector<bool> map(width * height);
for(int i = 0; i < width * height / 2; i++) {
    int index = rg.bounded(width * height);
    map[index] = true;
    map[(width * height) - 1 - index] = true;
}
for(int y = 0; y < height; y++) {
    for(int x = 0; x < width; x++) {
        if(map[y * width + x]) drawWall(x, y);
        else drawFloor(x, y);
    }
}

上述代碼將地圖分割成若干個小方塊，在小方塊之間隨機生成牆壁或地板。