std::random device (tsz. std::random devices)

1. (informatika) A modern C++ (C++11 óta) számos eszközt biztosít a véletlenszám-generálásra. A véletlenszámok kulcsszerepet játszanak számos területen, mint például:

• kriptográfia
• szimulációk
• játékfejlesztés
• statisztikai mintavételezés
• tesztelés (random input generálása)

A C++ korábbi verzióiban az általános módszer az volt, hogy a rand() függvényt használtuk. Ez azonban számos problémával rendelkezik:

• rossz minőségű véletlen számokat ad,
• a generált számok periodikusak,
• az algoritmus platformfüggő.

A C++11-től kezdve a <random> fejléc bevezetett egy sokkal modernebb és rugalmasabb rendszert, melyben külön szerepet kapott a std::random_device.

A std::random_device egy véletlen számok forrását reprezentáló osztály a C++ szabványos könyvtárában.

Fő célja:

👉 nem determinisztikus (igazi) véletlen számokat generálni, ha a platform támogatja ezt.

#include <random>

std::random_device rd;

• rd egy példány, amelyet használhatunk számok generálására.

unsigned int random_number = rd();

• Minden rd() hívás egy új, véletlenszerű számot ad vissza.

A std::random_device az operációs rendszer vagy a hardver által biztosított véletlen forrást használja. Például:

• Linux: /dev/urandom vagy /dev/random
• Windows: CryptGenRandom vagy más biztonsági API
• Mac: hasonló biztonsági API-k
• hardver RNG: ha van ilyen (például Intel TRNG)

Ha a rendszer nem támogat igazi véletlen forrást, akkor a std::random_device fallback-ként determinisztikus algoritmust használhat (pseudo-random). Ezt a standard megengedi.

A std::random_device::entropy() metódussal megtudhatjuk, hogy a forrás mekkora entrópiát ad:

double entropy = rd.entropy();

• 0.0 → determinisztikus fallback (nem igazi véletlen)
• >0.0 → valódi véletlen forrás

#include <iostream>
#include <random>

int main() {
    std::random_device rd;

    std::cout << "Entropy: " << rd.entropy() << std::endl;

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::cout << rd() << std::endl;
    }

    return 0;
}

Kimenet (példa):

Entropy: 0.0
23982749
13282387
82398372
...

A std::random_device leggyakoribb felhasználása:

👉 seed generálása egy determinisztikus PRNG-hez (pl. std::mt19937).

Miért?

• A std::mt19937 (Mersenne Twister) gyors, de determinisztikus.
• Ha mindig ugyanazzal a számmal indítjuk (seed), ugyanazt a sorozatot kapjuk.
• Ha a seed-et véletlenszerűen generáljuk std::random_device segítségével, akkor minden futtatás más sorozatot ad.

Példa:

std::random_device rd;
std::mt19937 gen(rd());
std::uniform_int_distribution<> distrib(1, 100);

for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    std::cout << distrib(gen) << std::endl;
}

Ebben a példában:

• a std::mt19937 seed-je a rd() által generált szám,
• ezután a distrib segítségével egyenletes eloszlású számokat generálunk.

Ha valódi véletlen számokra van szükség (pl. kulcsgenerálás), std::random_device az ideális eszköz, feltéve, hogy az implementáció valóban nem determinisztikus forrást használ.

• Nagy mennyiségű véletlen szám folyamatos generálására (pl. játék loopban).
  • Ugyanis:
    • lassú lehet,
    • kimerítheti az OS véletlen pool-ját.
• Ilyenkor jobb a std::mt19937-hez std::random_device-tel generált seed-et használni.

Ökölszabály:

✅ std::random_device: seed generálás, ritka hívások

✅ PRNG (std::mt19937 stb.): tömeges véletlen szám generálás

• Egyes rendszereken a std::random_device deterministic fallback-ot adhat (→ entropy() == 0.0).
• Nem garantált a valódi véletlen forrás.

• Lassú lehet a gyakori hívások esetén.

• Seed generálása → std::random_device
• Tömeges random számok → PRNG (pl. std::mt19937)
• Kritikus véletlen számok (pl. kriptográfia) → ellenőrizd, hogy entropy() > 0.0

std::random_device rd;
std::seed_seq seed{rd(), rd(), rd(), rd(), rd()};
std::mt19937 gen(seed);

Itt több rd() hívásból magasabb minőségű seed-et készítünk.

• std::random_device egy modern, szabványos eszköz, amely lehetőséget ad valódi véletlen számok generálására.
• Leggyakrabban seed generálására használjuk egy determinisztikus PRNG-hez.
• Nem alkalmas nagy mennyiségű véletlen szám gyors előállítására.
• A működés platformfüggő, mindig ellenőrizzük az entropy() értékét.
• Használata jelentősen javítja a rand() helyett alkalmazott véletlenszám-generálás minőségét.

• std::random device - Szótár.net (en-hu)
• std::random device - Sztaki (en-hu)
• std::random device - Merriam–Webster
• std::random device - Cambridge
• std::random device - WordNet
• std::random device - Яндекс (en-ru)
• std::random device - Google (en-hu)
• std::random device - Wikidata
• std::random device - Wikipédia (angol)