OpenCV中用RNG产生随机数(C++)

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产生随机数是编程中经常要用到的操作。C和C++中产生随机数的方法如rand()srand() 等在OpenCV中仍可以用。此外,OpenCV还特地编写了C++的随机数类RNG,C的随机数类CvRNG,还有一些相关的函数,使用起来更加方便。

说明
1、关键字前带cv的都是C里的写法,不带cv的是C++里的写法,比如CvRNG和RNG,其本质都是一样的。
2、计算机产生的随机数都是伪随机数,是根据种子seed和特定算法计算出来的。所以,只要种子一定,算法一定,产生的随机数是相同的
3、要想产生完全不重复的随机数,可以用系统时间做种子。OpenCV中用GetTickCount(),C 中用time()

OpenCV中的C++版本随机数

RNG类是opencv里C++的随机数产生器。它可产生一个64位的int随机数。目前可按均匀分布和高斯分布产生随机数。随机数的产生采用的是Multiply-With-Carry算法和Ziggurat算法。

1、产生一个随机数

 RNG  可以产生3种随机数
 
 RNG(int seed)         使用种子seed产生一个64位随机整数,默认-1
 RNG::uniform( )       产生一个均匀分布的随机数
 RNG::gaussian( )      产生一个高斯分布的随机数

注:
RNG::uniform(a, b ) 返回一个[a,b)范围的均匀分布的随机数,a,b的数据类型要一致,而且必须是int、float、double中的一种,默认是int。
RNG::gaussian( σ) 返回一个均值为0,标准差为σ的随机数。
         如果要产生均值为λ,标准差为σ的随机数,可以λ+ RNG::gaussian( σ)

//创建RNG对象,使用默认种子“-1”  
RNG rng; 

//产生64位整数  
int N1 = rng; 

/*-------------产生均匀分布的随机数uniform和高斯分布的随机数gaussian---------*/  
//总是得到double类型数据0.000000,因为会调用uniform(int,int),只会取整数,所以只产生0   
double N1a = rng.uniform(0,1);  

//产生[0,1)范围内均匀分布的double类型数据  
double N1b = rng.uniform((double)0,(double)1); 

//产生[0,1)范围内均匀分布的float类型数据,注意被自动转换为double了。  
double N1c = rng.uniform(0.f,1.f); 

//产生[0,1)范围内均匀分布的double类型数据。  
double N1d = rng.uniform(0.,1.); 

//可能会因为重载导致编译不通过(确实没通过。。)     
//double N1e = rng.uniform(0,0.999999); 

//产生符合均值为0,标准差为2的高斯分布的随机数  
double N1g = rng.gaussian(2); 

注: rng既是一个RNG对象,也是一个随机整数。

2、返回下一个随机数

上面一次只能返回一个随机数,实际上系统已经生成一个随机数组。如果我们要连续获得随机数,没有必要重新定义一个RNG类,只需要取出随机数组的下一个随机数即可。

RNG:: next                   返回下一个64位随机整数 
RNG:: operator            返回下一个指定类型的随机数
RNG rng;
int N2 = rng.next();                    //返回下一个随机整数,即N1.next(); 
//返回下一个指定类型的随机数
int N2a = rng.operator uchar();         //返回下一个无符号字符数
int N2b = rng.operator schar();         //返回下一个有符号字符数
int N2c = rng.operator ushort();        //返回下一个无符号短型
int N2d = rng.operator short int();     //返回下一个短整型数
int N2e = rng.operator int();           //返回下一个整型数 
int N2f = rng.operator unsigned int();  //返回下一个无符号整型数
int N2g = rng.operator float();         //返回下一个浮点数 
int N2h = rng.operator double();        //返回下一个double型数
int N2i = rng.operator ()();            //和rng.next( )等价
int N2j = rng.operator ()(100);         //返回[0,100)范围内的随机数 

3、用随机数填充矩阵 RNG::fill( )

void fill( InputOutputArray mat, int distType, InputArray a, InputArray b, bool saturateRange=false );

参数说明:
InputOutputArray                    输入输出矩阵,最多支持4通道,超过4通道先用reshape()改变结构
int distType                        UNIFORMNORMAL,表示均匀分布和高斯分布
InputArray a                           disType是UNIFORM,a表示为下界(闭区间);disType是NORMAL,a均值
InputArray b                           disType是UNIFORM,b表示为上界(开区间);disType是NORMAL,b标准差
bool saturateRange=false     
	只针对均匀分布有效。当为真的时候,会先把产生随机数的范围变换到数据类型的范围,再产生随机数;
	如果为假,会先产生随机数,再进行截断到数据类型的有效区间。请看以下fillM1和fillM2的例子并观察结果 
//产生[1,1000)均匀分布的int随机数填充fillM  
Mat_<int>fillM(3,3);
rng.fill(fillM,RNG::UNIFORM,1,1000);  

Mat fillM1(3,3,CV_8U); 
rng.fill(fillM1,RNG::UNIFORM,1,1000,TRUE); 

Mat fillM2(3,3,CV_8U); 
rng.fill(fillM2,RNG::UNIFORM,1,1000,FALSE); 

//fillM1产生的数据都在[0,,255)内,且小于255;
//fillM2产生的数据虽然也在同样范围内,但是由于用了截断操作,所以很多数据都是255,  

//产生均值为1,标准差为3的随机double数填进fillN  
Mat_<double>fillN(3,3); 
rng.fill(fillN,RNG::NORMAL,1,3);

4、RNG& rng=theRNG();

RNG& rng=theRNG();
double x= (double)rng;
float  y= (float)rng;
int    z= (int)rng;

5、产生不重复的随机数
采取另一种方式,用系统时间作为种子初始化rng

RNG rng((unsigned)time(NULL));//当然,用这个要记得加上头函数<time.h>

开始生成随机数

double x=rng.uniform((double)0,(double)255);
float y=rng.uniform(0.f,255.f);
int z=rng.uniform((int)0, (int)255 );

6、randShuffle( ) 将原数组(矩阵)打乱

randShuffle
( 
	InputOutputArray dst,     输入输出数组(一维)
    double iterFactor=1. ,     决定交换数值的行列的位置的一个系数...
    RNG* rng=0               (可选)随机数产生器,0表示使用默认的随机数产生器,即seed=-1。rng决定了打乱的方法
)

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