Testlib-Generator使用笔记
Testlib 使用来配合算法竞赛出题的工具，本文仅介绍其中的一个模块——数据生成器的使用方法。
Testlib 分为四部分：
- 编写 Generator，即数据生成器。
- 编写 Validator，即数据校验器，判断生成数据是否符合题目要求，如数据范围、格式等。
- 编写 Interactor，即交互器，用于交互题。
- 编写 Checker，即 Special Judge。
下载该项目，拷贝出 testlib.h 文件。
Testlib库仅有 testlib.h 这一个文件，使用时仅仅需要在编写的程序开头添加 #include "testlib.h"即可。本文记录 Generator 数据生成器的常见使用方法。
从一个简单的例子开始
// clang-format off
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[]) { // argc 与 argv 是命令行参数
registerGen(argc, argv, 1);
int n = atoi(argv[1]); // 获取命令行的第一个参数
cout << rnd.next(1, n) << " ";
cout << rnd.next(1, n) << endl;
}
这个程序可以生成两个([1,n]) 范围内的整数，n可以通过程序执行时传入。
平时我们用的 rand() 或 C++11 的 mt19937/uniform_int_distribution ，当操作系统不同、使用不同编译器编译、不同时间运行等，它们的输出都可能不同（对于非常常用的 srand(time(0)) ，这是显然的），而这就会给生成数据带来不确定性。而 Testlib 中的随机值生成函数则保证了相同调用会输出相同值，与 generator 本身或平台均无关。
需要注意的是，一旦使用了 Testlib，就不能再使用标准库中的 srand() ， rand() 等随机数函数，否则在编译时会报错。另外，不要使用 std::random_shuffle() ，请使用 Testlib 中的 shuffle() ，它同样接受一对迭代器。它使用 rnd 来打乱序列，即满足如上“好的 generator”的要求。
在一切之前，先执行 registerGen(argc, argv, 1) 初始化 Testlib（其中 1 是使用的 generator 版本，通常保持不变），然后我们就可以使用 rnd 对象来生成随机值。
随机数种子取自命令行参数的哈希值，对于某 generator g.cpp ， g 100 (类Unix系统) 和 g.exe "100" (Windows 系统) 将会有相同的输出，而 g 100 0 则与它们不同。
rnd 的用法总结：
-
rnd.next(4)：等概率生成一个[0,4]范围内的整数 -
rnd.next(4, 100)：等概率生成一个[4,100]范围内的整数 -
rnd.next(4.0)：等概率生成一个[0, 4.0)范围内的浮点数 -
rnd.next("one | two | three")：等概率返回one、two、three中的一个 -
rnd.next("[1-9][0-9]{99}")：长度为100的数字型字符串 -
rnd.wnext(4, t)wnext()是一个生成不等分布（具有偏移期望）的函数，(t) 表示调用next()的次数，并取生成值的最大值。例如rnd.wnext(3, 1)等同于max({rnd.next(3), rnd.next(3)})；rnd.wnext(4, 2)等同于max({rnd.next(4), rnd.next(4), rnd.next(4)})。如果 (tlt 0)，则为调用(-t) 次，取最小值；如果 (t=0) ，等同于next()。关于
rnd.wnext(i,t)的形式化定义：[wnext(i,t) = egin{cases} next(i) & t = 0\ max(next(t), wnext(i-1, t)) & t > 0\ min(next(t), wnext(i+1, t)) & t < 0 \ end{cases} ]另外，从官方给定的示例中，也支持传入两个范围参数：
[wnext(l,r,t) = egin{cases} next(l,r) & t=0\ max(next(l,r), wnext(l,r,t-1)) & t > 0 \ min(next(l,r), wnext(l,r,t+1)) & t < 0 end{cases} ] -
rnd.any(container)：等概率返回一个具有随机访问迭代器（如std::vector和std::string）的容器内的某一元素的引用
新特性：解析命令行参数
通常，我们使用 int a = atoi(argv[3]) 来获取命令行中的参数，并将其转换为整数，但这么做有时候会出现一些问题：
- 不存在第三个参数时，这么做不安全
- 第三个参数可能不是有效的32位有符号整数
使用 testlib，你可以这样写：int a = opt<int>(3)。
同时，你也可以这样：long long b = opt<long long>(2)；bool f = opt<bool>(2)；string s= opt(4)；
如果你有很多参数需要输入，执行命令类似于这样：g 10 20000 a true，那么将其改成这样会更具有可读性： g -n10 -m200000 -t=a -increment 。
在这种情况下，你可以在 generator 中使用如下方法获取参数
int n = opt<int>("n");
long long n = opt<long long>("m");
string t = opt("t");
bool increment = opt<bool>("increment");
编写命名参数的方案有如下几种：
-key=value、--key=value-key value、--key value。这种情况下，value不能以-开头--k12345或-k12345——如果 keyk是一个字母，且后面是一个数字；-prop或--prop——启用 bool 属性。
g1 -n1
g2 --len=4 --s=oops
g3 -inc -shuffle -n=5
g4 --length 5 --total 21 -ord
一些示例
下面的例子均来自官方示例：testlib/generators at master · MikeMirzayanov/testlib (github.com)
1. 生成随机整数
// igen.cpp
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
cout << rnd.next(1, 1000000) << endl;
return 0;
}
如果你运行上述程序多次，每一次将会得到相同的结果。如果想生成不同的结果，可以在执行程序时，加入不同的参数。例如分别运行igen.exe 1 与 igen.exe 3 ，将会产生不同的结果。testlib通过传入的参数来设置随机数种子。可以将此方法运用到后面的例子中。
2. 生成指定范围内的不等分布随机整数
//iwgen.cpp
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
cout << rnd.wnext(1, 1000000, opt<int>(1)) << endl;
return 0;
}
通过参数指定生成的数字是偏大还是偏小，iwgen.exe 1000 将产生偏大的数字，iwgen.exe -1000 将产生偏小的数字。
3. 生成多组测试数据
以下内容引用自：Testlib——最强出题辅助工具库
有两种方法可以一次性生成多组数据：
- 写一个批处理脚本。
- 使用 Testlib 内置的
startTest(test_index)函数。
第一种方法非常简单，只需设好参数，将输出重定向到指定输出文件即可。
gen 1 1 > 1.in
gen 2 1 > 2.in
gen 1 10 > 3.in
对于第二种方法，在每生成一组数据前，调用一次 startTest(test_index)，即可将输出重定向至名为 test_index 的文件。
//multigen.cpp 生成10组100以内的数字对
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
void writeTest(int test)
{
startTest(test);
cout << rnd.next(1, test * test)
<< " " << rnd.next(1, test * test) << endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
for (int i = 1; i <= 10; i++)
writeTest(i);
return 0;
}
4. 生成字符串
//sgen.cpp 生成 random token
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
cout << rnd.next("[a-zA-Z0-9]{1,1000}") << endl;
return 0;
}
其中 [a-zA-Z0-9] 指定了生成的字符串中所包含的字符，{1,1000} 指定了生成的长度范围。关于类似的写法规范可以参考：Testlib极简正则表达式 - OI Wiki (oi-wiki.org)
在下面这个例子中，可以使用参数控制生成字符串的长度范围。
//swgen.cpp
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
int length = rnd.wnext(1, 1000, opt<int>(1));
cout << rnd.next("[a-zA-Z0-9]{1,%d}", length) << endl;
return 0;
}
如果灵活使用参数，可以指定构造字符串。
下面这个程序通过参数给定的结构来输出字符串。
Examples:
gs 1 4 ab => abababab
gs 2 5 a 1 b => aaaaab
gs 3 1 a 5 b 1 a => abbbbba
// gs.cpp
#include "testlib.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[]) {
registerGen(argc, argv, 1);
string t;
int n = opt<int>(1);
for (int i = 2; i <= 1 + 2 * n; i += 2) {
int k = opt<int>(i);
string s = opt<string>(i + 1);
for (int j = 0; j < k; j++)
t += s;
}
println(t);
}
5. 生成一棵树
下面是生成一棵树（无根树）的主要代码，它接受两个参数——顶点数和伸展度。例如，当 (n=10,t=1000)时，可能会生成链；当 (n=10,t=-1000) 时，可能会生成菊花。
#include "testlib.h"
#include <bits/stdc++.h>
#define forn(i, n) for (int i = 0; i < int(n); i++)
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
int n = opt<int>(1);
int t = opt<int>(2);
vector<int> p(n);
forn(i, n)
if (i > 0)
p[i] = rnd.wnext(i, t);
printf("%d
", n);
vector<int> perm(n);
forn(i, n)
perm[i] = i;
shuffle(perm.begin() + 1, perm.end());
vector<pair<int,int> > edges;
for (int i = 1; i < n; i++)
if (rnd.next(2))
edges.push_back(make_pair(perm[i], perm[p[i]]));
else
edges.push_back(make_pair(perm[p[i]], perm[i]));
shuffle(edges.begin(), edges.end());
for (int i = 0; i + 1 < n; i++)
printf("%d %d
", edges[i].first + 1, edges[i].second + 1);
return 0;
}
如果想要生成一颗无根树，你可以：
#include "testlib.h"
#include <bits/stdc++.h>
#define forn(i, n) for (int i = 0; i < int(n); i++)
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
int n = opt<int>(1);
int t = opt<int>(2);
vector<int> p(n);
forn(i, n)
if (i > 0)
p[i] = rnd.wnext(i, t);
printf("%d
", n);
vector<int> perm(n);
forn(i, n)
perm[i] = i;
shuffle(perm.begin() + 1, perm.end());
vector<int> pp(n);
for (int i = 1; i < n; i++)
pp[perm[i]] = perm[p[i]];
for (int i = 1; i < n; i++)
{
printf("%d", pp[i] + 1); // 输出 2 到 n 的每个父亲
if (i + 1 < n)
printf(" ");
}
printf("
");
return 0;
}
6. 生成一个二分图
#include "testlib.h"
#include <bits/stdc++.h>
#define forn(i, n) for (int i = 0; i < int(n); i++)
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
registerGen(argc, argv, 1);
int n = opt<int>(1);
int m = opt<int>(2);
size_t k = opt<int>(3);
int t = rnd.next(-2, 2);
set<pair<int,int> > edges;
while (edges.size() < k)
{
int a = rnd.wnext(n, t);
int b = rnd.wnext(m, t);
edges.insert(make_pair(a, b));
}
vector<pair<int,int> > e(edges.begin(), edges.end());
shuffle(e.begin(), e.end());
vector<int> pa(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
pa[i] = i + 1;
shuffle(pa.begin(), pa.end());
vector<int> pb(m);
for (int i = 0; i < m; i++)
pb[i] = i + 1;
shuffle(pb.begin(), pb.end());
println(n, m, e.size());
forn(i, e.size())
println(pa[e[i].first], pb[e[i].second]);
return 0;
}