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java - 非常快速的均匀分布随机数生成器

coder 2024-03-23 原文

作为蒙特卡罗模拟的一部分，我必须掷一组骰子，直到某些值出现一定次数。我执行此操作的代码调用了一个骰子类，该类生成 1 到 6 之间的随机数，并返回它。最初代码看起来像

public void roll() {
    value = (int)(Math.random()*6) + 1;
}

而且速度不是很快。通过交换 Math.random() 为 

ThreadLocalRandom.current().nextInt(1, 7);

它用原来大约 60% 的时间运行了一个部分，调用了大约 2.5 亿次。 作为完整模拟的一部分，它至少会调用此方法数十亿次，那么有没有更快的方法来做到这一点？

最佳答案

选择一个随机生成器，它的速度和您需要的一样好，并且不会因线程安全机制而减慢到正常速度的一小部分。然后选择一种生成 [1..6] 整数分布的方法，该方法既快速又精确，符合您的需要。

速度最快的简单生成器，其质量足以击败 PRNG 的标准测试，如 TestU01 (而不是像 Mersenne Twister 那样系统地失败)是 Sebastiano Vigna's xorshift64* .我将其显示为 C 代码，但 Sebastiano 拥有它 in Java as well :

uint64_t xorshift64s (int64_t &x)
{
   x ^= x >> 12;
   x ^= x << 25;
   x ^= x >> 27;

   return x * 2685821657736338717ull;
}

Sebastiano Vigna's site有很多有用的信息、链接和基准测试结果。包括论文，适合数学倾向的人。

在那么高的分辨率下，您可以简单地使用 1 + xorshift64s(state) % 6，偏差将小得无法估量。如果这还不够快，则通过与逆相乘来实现模除法。如果这还不够快——如果你负担不起每个变量两个 MUL——那么它就会变得棘手，你需要回到这里。 xorshift1024* (Java)加上变量的一些小技巧是一种选择。

批处理 - 生成一个充满数字的数组并对其进行处理，然后重新填充数组等等 - 可以解锁一些速度储备。不必要地将东西包装在类中会适得其反。

P.S.:如果 ThreadLocalRandom 和 xorshift* 对于您的目的来说不够快，即使使用批处理，那么您可能会以错误的方式处理事情，或者您可能会使用错误的语言。或者两者兼而有之。

P.P.S.:在 Java(或 C# 或 Delphi)等语言中，抽象不是免费的，它是有代价的。在 Java 中，您还必须考虑诸如强制性无偿数组边界检查之类的事情，除非您有一个可以消除这些检查的编译器。从 Java 程序中获取高性能可能会非常复杂……在 C++ 中，您可以免费获得抽象和性能。

关于java - 非常快速的均匀分布随机数生成器，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/26748723/

均匀javaxorshiftnoreferrersectionperformancerandom

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