El problema que tienes en realidad son dos problemas. El primer problema es matemático y tiene que ver con el uso del operador módulo (%
) el segundo problema es de la función std::rand
.
Problema(s)
La función std::rand
, devuelve números pseudoaleatorios en el rango [0
, RAND_MAX
], la única garantía sobre el valor de RAND_MAX
es que será al menos 327671 yo no se recomienda su uso para la generación de números pseudoaleatorios con una mínima seriedad2 ya que:
- Es dependiente de implementación.
- No da garantías de la calidad de la secuencia obtenida.
- Puede tener poca variancia en bits bajos.
- Las semillas pueden tener un periodo corto.
Pero aún suponiendo que std::rand
no tuviera problema alguno, aún queda la cuestión del uso del operador módulo (%
). Suponiendo que tu RAND_MAX
sea 32767, en el rango [0, 32767] tienes:
- 3277 números cuyo
% 10
es cero.
- 3277 números cuyo
% 10
es uno.
- 3277 números cuyo
% 10
es dos.
- 3277 números cuyo
% 10
es tres.
- 3277 números cuyo
% 10
es cuatro.
- 3277 números cuyo
% 10
es cinco.
- 3277 números cuyo
% 10
es seis.
- 3277 números cuyo
% 10
es siete.
- 3276 números cuyo
% 10
es ocho.
- 3276 números cuyo
% 10
es nueve.
Ahí tienes el motivo por el que los números ocho y nueve son menos comunes. La única manera de evitar este efecto negativo al usar el módulo contra el retorno de std::rand
es usando un divisor exacto del valor RAND_MAX
.
Solución
No uses std::rand
, usa las utilidades de la cabecera de C++11 <random>
. Usándolas en tu código de prueba:
constexpr unsigned valores = 10u;
constexpr unsigned limite = 0xffffffffu;
unsigned v[valores]{};
std::random_device device;
std::mt19937 generador(device());
std::uniform_int_distribution<> distri(0, 9);
// ~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~ ^ ^
// \ \ \__ Valor máximo generado.
// \ \
// \ \___ Valor mínimo generado.
// \
// \___ Distribución uniforme.
while (!std::any_of(std::begin(v), std::end(v), [limite](auto v) { return v == limite; }))
++v[distri(generador)];
const auto total = std::accumulate(std::begin(v), std::end(v), .0);
std::cout << "Total: " << total;
for (const auto& valor : v)
std::cout << valor << '\t' << valor / total << '\n';
He obtenido este resultado:
Total: 42949668382
4294966985 0.1000000
4294966361 0.1000000
4294966743 0.1000000
4294967068 0.1000000
4294966763 0.1000000
4294966783 0.1000000
4294966720 0.1000000
4294966776 0.1000000
4294967295 0.1000000
4294966888 0.1000000
Es más, si tu objetivo es obtener una distribución normal no necesitas aplicar una transformación: puedes generar números directamente con esa distribución:
constexpr unsigned valores = 10u;
constexpr unsigned limite = 0xffffffffu;
unsigned v[valores]{};
std::random_device device;
std::mt19937 generador(device());
std::normal_distribution<> distri(5, 1);
// ~~~~~~~~^~~~~~~~~~~ ^ ^
// \ \ \__ Desvío de la distribución.
// \ \
// \ \___ Media de la distribución
// \
// \___ Distribución normal
while (!std::any_of(std::begin(v), std::end(v), [limite](auto v) { return v == limite; }))
++v[static_cast<std::size_t>(distri(generador))];
const auto total = std::accumulate(std::begin(v), std::end(v), .0);
std::cout << "Total: " << total << '\n';
for (const auto& valor : v)
std::cout << valor << '\t' << valor / total << '\n';
Con el que he obtenido este resultado:
Total: 12582396805
397820 0.0000316
16573165 0.0013172
269252286 0.0213991
1709947726 0.1359000
4294925005 0.3413439
4294967295 0.3413473
1710067581 0.1359095
269270524 0.0214006
16599688 0.0013193
395715 0.0000314
1Es decir: la parte positiva de un número entero de 16 bits ½216 - 1
2Suele basarse en un generador lineal congruencial, con todas sus desventajas.