草庐IT

c++ - 为什么 Mersenne twister 比线性同余生成器更快？

coder 2023-11-13 原文

我使用 gcc C++ 标准库的 Mersenne twister 实现进行了测试。它优于线性同余生成器和 C rand，后者很可能是 LCG。 A boost documentation似乎也给出了类似的结果，但更倾向于 Mersenne twister。谁能解释一下？

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <random>

class Timer
{
private:
  std::chrono::high_resolution_clock::time_point start_time;
  std::chrono::high_resolution_clock::time_point stop_time;

public:
  void start()
  {
    start_time = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  }

  void stop()
  {
    stop_time = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  }

  double measure()
  {
    using namespace std::chrono;
    return duration_cast<microseconds>
    (stop_time - start_time).count() / 1000000.0;
  }
};

template<typename T>
class Random
{
private:
  T generator;

public:
  Random()
  : generator
  (std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count())
  {
  }

  int generate_integer(int begin, int end)
  {
    return std::uniform_int_distribution<int>(begin, end - 1)(generator);
  }
};

int main()
{
  constexpr int n = 300000000;
  Random<std::minstd_rand> mr;
  Random<std::mt19937> mt;
  Timer t;
  for (int j = 0; j < 3; ++j)
  {
    t.start();
    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
      static_cast<volatile void>(mr.generate_integer(0, 10));
    }
    t.stop();
    std::cout << "minstd " << t.measure() << std::endl;
    t.start();
    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
      static_cast<volatile void>(mt.generate_integer(0, 10));
    }
    t.stop();
    std::cout << "mersenne " << t.measure() << std::endl;
    t.start();
    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
      static_cast<volatile void>(std::rand() % 10);
    }
    t.stop();
    std::cout << "rand " << t.measure() << std::endl;
  }
}

结果

minstd 4.70876
mersenne 1.55853
rand 4.11873
minstd 4.53199
mersenne 1.55928
rand 4.15159
minstd 4.5374
mersenne 1.55667
rand 4.13715

最佳答案

Mersenne Twister 算法并不像看起来那么复杂。或者，更准确地说，几乎所有复杂部分的执行频率都不足以严重影响长期平均速度。

如果您查看 pseudocode implementation on Wikipedia ，绝大多数调用只执行 extract_number() 函数的后半部分；其余非初始化代码(主要在 twist() 函数中)仅在 625(最常见的版本)中的一次调用中运行。每次运行的部分非常简单，只是少量的移位和其他按位操作，可以预期在大多数处理器上都非常快。 extract_number() 开头的测试几乎总是错误的，因此可以通过分支预测轻松优化。

将此与线性同余算法进行对比，其中每次调用都执行整数乘法(昂贵)和模除法(非常昂贵，除非您通过使用 2 的模数的幂作弊，这会影响你的随机数的质量)。 LC 和 MT 算法中涉及的算法非常不同，如果它们的相对性能因系统而异，我并不感到惊讶，但我相信 MT 至少在某些情况下更快。

(如果您仔细观察 MT 算法，乍一看似乎是在 twist() 中每次迭代执行多个模运算，但这些运算的形式很容易优化掉。 )

至于普通的旧 rand()，其实现差异很大，不应期望跨系统保持一致。许多实现使用 16 位算法，自然会比 32 位或 64 位算法更快。

关于c++ - 为什么 Mersenne twister 比线性同余生成器更快？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/32027839/

成器ampltcodestdc++random

有关c++ - 为什么 Mersenne twister 比线性同余生成器更快？的更多相关文章

  1. ruby - 为什么我可以在 Ruby 中使用 Object#send 访问私有(private)/ protected 方法？ - 2

    类classAprivatedeffooputs:fooendpublicdefbarputs:barendprivatedefzimputs:zimendprotecteddefdibputs:dibendendA的实例a=A.new测试a.foorescueputs:faila.barrescueputs:faila.zimrescueputs:faila.dibrescueputs:faila.gazrescueputs:fail测试输出failbarfailfailfail.发送测试[:foo,:bar,:zim,:dib,:gaz].each{|m|a.send(m)resc

  2. ruby-on-rails - Rails - 子类化模型的设计模式是什么？ - 2

    我有一个模型:classItem项目有一个属性“商店”基于存储的值，我希望Item对象对特定方法具有不同的行为。Rails中是否有针对此的通用设计模式？如果方法中没有大的if-else语句，这是如何干净利落地完成的？ 最佳答案 通常通过Single-TableInheritance. 关于ruby-on-rails-Rails-子类化模型的设计模式是什么？，我们在StackOverflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.co

  3. ruby - 什么是填充的 Base64 编码字符串以及如何在 ruby​​ 中生成它们？ - 2

    我正在使用的第三方API的文档状态:"[O]urAPIonlyacceptspaddedBase64encodedstrings."什么是“填充的Base64编码字符串”以及如何在Ruby中生成它们。下面的代码是我第一次尝试创建转换为Base64的JSON格式数据。xa=Base64.encode64(a.to_json) 最佳答案 他们说的padding其实就是Base64本身的一部分。它是末尾的“=”和“==”。Base64将3个字节的数据包编码为4个编码字符。所以如果你的输入数据有长度n和n%3=1=>"=="末尾用于填充n%

  4. ruby - 解析 RDFa、微数据等的最佳方式是什么，使用统一的模式/词汇(例如 schema.org)存储和显示信息 - 2

    我主要使用Ruby来执行此操作，但到目前为止我的攻击计划如下:使用gemsrdf、rdf-rdfa和rdf-microdata或mida来解析给定任何URI的数据。我认为最好映射到像schema.org这样的统一模式，例如使用这个yaml文件，它试图描述数据词汇表和opengraph到schema.org之间的转换:#SchemaXtoschema.orgconversion#data-vocabularyDV:name:namestreet-address:streetAddressregion:addressRegionlocality:addressLocalityphoto:i

  5. ruby - 为什么 4.1%2 使用 Ruby 返回 0.0999999999999996？但是 4.2%2==0.2 - 2

    为什么4.1%2返回0.0999999999999996？但是4.2%2==0.2。 最佳答案 参见此处:WhatEveryProgrammerShouldKnowAboutFloating-PointArithmetic实数是无限的。计算机使用的位数有限(今天是32位、64位)。因此计算机进行的浮点运算不能代表所有的实数。0.1是这些数字之一。请注意，这不是与Ruby相关的问题，而是与所有编程语言相关的问题，因为它来自计算机表示实数的方式。 关于ruby-为什么4.1%2使用Ruby返

  6. ruby-on-rails - 如何优雅地重启 thin + nginx？ - 2

    我的瘦服务器配置了nginx，我的ROR应用程序正在它们上运行。在我发布代码更新时运行thinrestart会给我的应用程序带来一些停机时间。我试图弄清楚如何优雅地重启正在运行的Thin实例，但找不到好的解决方案。有没有人能做到这一点？ 最佳答案 #Restartjustthethinserverdescribedbythatconfigsudothin-C/etc/thin/mysite.ymlrestartNginx将继续运行并代理请求。如果您将Nginx设置为使用多个上游服务器，例如server{listen80;server

  7. ruby - ruby 中的 TOPLEVEL_BINDING 是什么？ - 2

    它不等于主线程的binding，这个toplevel作用域是什么？此作用域与主线程中的binding有何不同？>ruby-e'putsTOPLEVEL_BINDING===binding'false 最佳答案 事实是，TOPLEVEL_BINDING始终引用Binding的预定义全局实例，而Kernel#binding创建的新实例>Binding每次封装当前执行上下文。在顶层，它们都包含相同的绑定(bind)，但它们不是同一个对象，您无法使用==或===测试它们的绑定(bind)相等性。putsTOPLEVEL_BINDINGput

  8. ruby - Infinity 和 NaN 的类型是什么？ - 2

    我可以得到Infinity和NaNn=9.0/0#=>Infinityn.class#=>Floatm=0/0.0#=>NaNm.class#=>Float但是当我想直接访问Infinity或NaN时:Infinity#=>uninitializedconstantInfinity(NameError)NaN#=>uninitializedconstantNaN(NameError)什么是Infinity和NaN？它们是对象、关键字还是其他东西？ 最佳答案 您看到打印为Infinity和NaN的只是Float类的两个特殊实例的字符串

  9. ruby-on-rails - 如果 Object::try 被发送到一个 nil 对象，为什么它会起作用？ - 2

    如果您尝试在Ruby中的nil对象上调用方法，则会出现NoMethodError异常并显示消息:"undefinedmethod‘...’fornil:NilClass"然而，有一个tryRails中的方法，如果它被发送到一个nil对象，它只返回nil:require'rubygems'require'active_support/all'nil.try(:nonexisting_method)#noNoMethodErrorexceptionanymore那么try如何在内部工作以防止该异常？ 最佳答案 像Ruby中的所有其他对象

  10. ruby - 为什么 SecureRandom.uuid 创建一个唯一的字符串？ - 2

    关闭。这个问题需要detailsorclarity.它目前不接受答案。想改进这个问题吗？通过editingthispost添加细节并澄清问题.关闭8年前。Improvethisquestion为什么SecureRandom.uuid创建一个唯一的字符串？SecureRandom.uuid#=>"35cb4e30-54e1-49f9-b5ce-4134799eb2c0"SecureRandom.uuid方法创建的字符串从不重复？

随机推荐