c++ - 随机数函数 (C++11)

Question

我正在重写这个函数:

long rng(long low, long high)
{
    return low + long((high - low + 1) * double(rand() / double(RAND_MAX + 1.0)));
}

将其更新为 C++11 和 Mersenne Twister。

long rng(long low, long high)
{
    static std::mt19937 rnumber; // Mersenne Twister
    std::uniform_int_distribution<unsigned> u (low, high);
    return u(rnumber);
}

现在这似乎可行，但我的 C++11 书中指出，在类似的情况下，引擎和分发器都应该是“静态的”。问题是我想调用具有不同范围的函数，如果我将分发器设置为静态，则范围始终相同。

那么应该如何正确处理呢？

另外两个问题:

• 为什么 Stroustrup 的书似乎建议我应该使用 {low, high} 而不是 (low, high)？有什么区别？

• 是否有可能使用 gcc 4.8.1 并且没有优化 rand 的速度是 Mersenne 的两倍，而使用 -O3 rand 具有相同的性能，而 Mersenne 实际上变得比 rand 更快？

Answer 1

当您使用 operator() 时，允许分布计算多个随机数，只要 g.operator() 的调用次数是摊销常量.

因此使用 a static distribution and a non-static one 之间存在显着差异:

#include <iostream>
#include <random>

template <class Generator>
double use_rand(Generator & g){
    std::normal_distribution<double> d;
    return d(g);
}

template <class Generator>
double use_rand_static(Generator & g){
    static std::normal_distribution<double> d;
    return d(g);
}

int main(){
    std::mt19937 rnumber{5};
    std::cout << "non-static version:\n";
    std::cout << use_rand(rnumber) << "\n";
    std::cout << use_rand(rnumber) << "\n\n";

    rnumber.seed(5);
    std::cout << "static version:\n";
    std::cout << use_rand_static(rnumber) << "\n";
    std::cout << use_rand_static(rnumber) << std::endl;
    return 0;
}

non-static version:
0.107794
-0.199707

static version:
0.107794
-0.0306363

如您所见，第二个值不同。其原因隐藏在 normal_distribution::operator() 的实现中，它每隔一次迭代计算两个值。

这个实现定义的行为实际上是只要您想使用来自相同概率空间(也称为 static)的值就应该使用相同分布的原因。但是，由于您经常要更改 low 和 high，因此您正在更改概率空间，因此使用新的分布很好(创建大多数分布实际上非常便宜，但是为每个值使用一个新值可能会变得昂贵)。