c# - 从高斯分布中抽取随机值的最快方法是什么？

Question

Box-Muller transform , 是一种从高斯分布中抽取随机值的优雅且性能合理的方法。

我正在寻找一种用 C# 清楚地编写的更快的方法。

作为引用，这里有一个 Box-Muller 实现的实现，作为性能比较的基准......

public class GaussianGenerator
{
    FastRandom _rng = new FastRandom();
    double? _spareValue = null;

    /// <summary>
    /// Get the next sample point from the gaussian distribution.
    /// </summary>
    public double NextDouble()
    {
        if(null != _spareValue)
        {
            double tmp = _spareValue.Value;
            _spareValue = null;
            return tmp;
        }

        // Generate two new gaussian values.
        double x, y, sqr;

        // We need a non-zero random point inside the unit circle.
        do
        {
            x = 2.0 * _rng.NextDouble() - 1.0;
            y = 2.0 * _rng.NextDouble() - 1.0;
            sqr = x * x + y * y;
        }
        while(sqr > 1.0 || sqr == 0);

        // Make the Box-Muller transformation.
        double fac = Math.Sqrt(-2.0 * Math.Log(sqr) / sqr);

        _spareValue = x * fac;
        return y * fac;
    }

    /// <summary>
    /// Get the next sample point from the gaussian distribution.
    /// </summary>
    public double NextDouble(double mu, double sigma)
    {
        return mu + (NextDouble() * sigma);
    }
}

Answer 1

作为记录，这里有一个清晰的书面实现，带有单元测试:

ZigguratGaussianDistribution.cs

在我的英特尔酷睿 i7 6700T @ 2.8Ghz (Skylake) 上，我在单核测试中获得了以下性能结果(使用 BenchmarkDotNet):

• Box-Muller:54.5M 样本/秒
• 金字塔:79.5M 样本/秒

因此 Ziggurat 在这些测试中的速度提高了大约 45%。

两个类都使用 Xoshiro256StarStarRandom来自 Redzen 的类(class)图书馆作为伪随机性的来源。