استخدام محرك عشوائي في C++

عندما نتحدث عن مكتبة الأرقام العشوائية في C++11، نجد أن هناك تباينًا بين الاستخدام العادي المبسّط الذي تطرحه، وبين الأسلوب الأكثر تعقيدا والمتمثل في استخدام std::random_device بجانب std::mt19937 أو std::default_random_engine. لكن قبل أن ننتقل إلى توضيح الفرق، دعني أشرح بإيجاز كيفية عمل كلٍ منها.

تبدأ القصة بـ std::random_device التي تعتبر جهازًا حقيقيًا لتوليد الأرقام العشوائية (والذي قد يكون في بعض الأحيان مبتذلًا على بعض المنصات). من السهل الاندفاع نحو استخدامها مباشرة لتوليد الأرقام العشوائية، كما في الشفرة التي ذكرتها:

cppCopy code
std::random_device rd;
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 5);

// get random numbers with:
dist(rd);

تبدو الأمور بسيطة وواضحة، أليس كذلك؟ لكن هناك جانب مهم يجب النظر إليه، وهو الأداء. std::random_device قد تكون بطيئة نسبيا، وهذا يمكن أن يكون مشكلة إذا كنت تحتاج إلى توليد أعداد عشوائية بسرعة.

وهنا تأتي دور std::mt19937 أو std::default_random_engine. هذه محركات أرقام عشوائية، وتتميز بأنها أسرع بكثير من std::random_device. ولكن، هناك سعة صغيرة للمحركات العشوائية لتخزين الحالة (الـ state)، والتي يمكن أن تتعارض مع مفهوم العشوائية الحقيقية.

لكن كيف نحل هذه المشكلة؟ يجب أن نبدأ المحرك بقيمة (seed) عشوائية، وهنا تأتي قوة std::random_device مرة أخرى. بتوفير قيمة بذرية (seed) للمحرك، نحصل على محرك عشوائي بسرعة وفعالية.

إذاً، لماذا لا نقتصر على استخدام الطريقة الأكثر بساطة؟ هذا يعود لاحتمالية حدوث تعارضات مع العشوائية الحقيقية عند استخدام std::random_device بمفردها، بالإضافة إلى أن استخدام المحرك مع قيمة بذرية محددة يمكن أن يكون مفيدًا جدًا في مراحل تطوير البرنامج لتكرار النتائج.

وبالنسبة للشفرة التي اقترحتها:

cppCopy code
std::mt19937 e{std::random_device{}()};

فهذا هو الحل المثالي، حيث أننا نستخدم std::random_device لتوليد القيمة البذرية (seed) بشكل آمن وفعال.

باختصار، الاختيار بين استخدام std::random_device واستخدام محرك عشوائي مع بذرة (seed) هو قرار يعتمد على احتياجات تطبيقك ومدى أهمية الأداء مقابل العشوائية الحقيقية.

بالتأكيد، دعوني أواصل توسيع المقال:

على الرغم من أن استخدام std::random_device بجانب المحرك العشوائي يبدو مثاليًا للحصول على توازن جيد بين الأداء والعشوائية، إلا أن هناك بعض النقاط الإضافية التي يجب مراعاتها.

في بيئة تطويرية، قد يكون من المفيد أحيانًا تحديد بذرة (seed) محددة للمحرك العشوائي، وذلك لتمكين إعادة إنتاج النتائج بدقة خلال جلسات التصحيح والاختبار. هذا يمكن أن يسهل عملية تحديد وتصحيح الأخطاء في البرنامج، حيث يمكن للمطورين تتبع سلسلة الأحداث بدقة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون هناك اعتبارات أمنية تستدعي استخدام محركات عشوائية قوية مثل std::mt19937 بدلاً من الاعتماد فقط على std::random_device. على سبيل المثال، في تطبيقات التشفير أو في أي سيناريو يتعلق بأمان البيانات، يجب على المطورين استخدام محركات عشوائية قوية وموثوقة لضمان الحماية الكافية.

بالنهاية، يعتمد الخيار بين استخدام std::random_device بجانب المحرك العشوائي واستخدام محرك عشوائي مع بذرة (seed) على متطلبات التطبيق المحددة والسيناريوهات المختلفة. إذا كنت تبحث عن البساطة والأداء، فقد تكون std::random_device كافية. ولكن إذا كانت الأمان والتكرارية في النتائج أمورًا مهمة بالنسبة لك، فإن استخدام محرك عشوائي مع بذرة (seed) يمكن أن يكون الخيار الأفضل.

باختصار، فإن فهم الفرق بين استخدام std::random_device واستخدام المحرك العشوائي مع بذرة (seed) يمكن أن يساعد في اتخاذ القرار الأمثل بناءً على متطلبات التطبيق الفردية والسيناريوهات المحددة.