<random> tạo ra cùng một số trong Linux, nhưng không tạo trong Windows

Question 1

Đoạn mã dưới đây nhằm tạo ra một danh sách gồm năm số giả ngẫu nhiên trong khoảng thời gian [1.100]. Tôi gieo hạt default_random_enginevới time(0), trả về thời gian hệ thống trong thời gian unix . Khi tôi biên dịch và chạy chương trình này trên Windows 7 bằng Microsoft Visual Studio 2013, nó hoạt động như mong đợi (xem bên dưới). Tuy nhiên, khi tôi làm như vậy trong Arch Linux với trình biên dịch g ++, nó hoạt động rất lạ.

Trong Linux, 5 số sẽ được tạo mỗi lần. 4 số cuối cùng sẽ khác nhau trên mỗi lần thực hiện (như thường lệ), nhưng số đầu tiên sẽ giữ nguyên.

Ví dụ đầu ra từ 5 lần thực thi trên Windows và Linux:

      | Windows:       | Linux:        
---------------------------------------
Run 1 | 54,01,91,73,68 | 25,38,40,42,21
Run 2 | 46,24,16,93,82 | 25,78,66,80,81
Run 3 | 86,36,33,63,05 | 25,17,93,17,40
Run 4 | 75,79,66,23,84 | 25,70,95,01,54
Run 5 | 64,36,32,44,85 | 25,09,22,38,13

Thêm vào bí ẩn, số đầu tiên đó tăng dần theo định kỳ trên Linux. Sau khi có được các kết quả đầu ra ở trên, tôi đợi khoảng 30 phút và thử lại để thấy rằng số đầu tiên đã thay đổi và bây giờ luôn được tạo dưới dạng số 26. Nó đã tiếp tục tăng lên 1 theo chu kỳ và bây giờ là 32. Nó có vẻ tương ứng. với giá trị thay đổi của time(0).

Tại sao số đầu tiên hiếm khi thay đổi qua các lần chạy, và sau đó khi số đó tăng lên 1?

Mật mã. Nó in ra 5 số và thời gian hệ thống một cách gọn gàng:

#include <iostream>
#include <random>
#include <time.h>

using namespace std;

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    time_t system_time = time(0);    

    default_random_engine e(system_time);
    uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    cout << '#' << '\t' << "system time" << endl
         << "-------------------" << endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);
        cout << secret << '\t' << system_time << endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

Question 2

Đây là những gì đang xảy ra:

default_random_enginetrong libstdc ++ (thư viện chuẩn của GCC) minstd_rand0, là một công cụ đồng dư tuyến tính đơn giản:
```
typedef linear_congruential_engine<uint_fast32_t, 16807, 0, 2147483647> minstd_rand0;
```
Cách công cụ này tạo ra các số ngẫu nhiên là x _{i + 1} = (16807x _i + 0) mod 2147483647.
Do đó, nếu các hạt khác nhau 1, thì phần lớn thời gian, số được tạo ra đầu tiên sẽ khác 16807.
Phạm vi của máy phát điện này là [1, 2147483646]. Cách libstdc ++ uniform_int_distributionánh xạ nó tới một số nguyên trong phạm vi [1, 100] về cơ bản là như sau: tạo một số n. Nếu số không lớn hơn 2147483600, thì trả về (n - 1) / 21474836 + 1; nếu không, hãy thử lại với một số mới.
Dễ dàng thấy rằng trong đại đa số các trường hợp, hai ns chỉ khác nhau 16807 sẽ mang lại cùng một số trong [1, 100] theo quy trình này. Trên thực tế, người ta sẽ mong đợi con số được tạo ra sẽ tăng lên một khoảng sau mỗi 21474836/16807 = 1278 giây hoặc 21,3 phút, điều này khá phù hợp với quan sát của bạn.

MSVC của default_random_enginelà mt19937, mà không có vấn đề này.

Question 3

Việc std::default_random_enginethực hiện được xác định. Sử dụng std::mt19937hoặc std::mt19937_64thay thế.

Ngoài ra std::timevà các ctimehàm không chính xác lắm, hãy sử dụng các kiểu được xác định trong <chrono>tiêu đề để thay thế:

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

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    auto t = std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count();

    std::mt19937 e;
    e.seed(static_cast<unsigned int>(t)); //Seed engine with timed value.
    std::uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    std::cout << '#' << '\t' << "system time" << std::endl
    << "-------------------" << std::endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);

        std::cout << secret << '\t' << t << std::endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

Question 4

Trong Linux, hàm ngẫu nhiên không phải là một hàm ngẫu nhiên theo nghĩa xác suất, mà là một bộ tạo số ngẫu nhiên giả. Nó được ướp muối với một loại hạt, và dựa trên hạt đó, các con số được tạo ra là giả ngẫu nhiên và phân bố đồng đều. Cách thức Linux có lợi thế là trong việc thiết kế các thí nghiệm nhất định sử dụng thông tin từ các quần thể, có thể đo lường việc lặp lại thí nghiệm với sự điều chỉnh thông tin đầu vào đã biết. Khi chương trình cuối cùng đã sẵn sàng để thử nghiệm trong đời thực, muối (hạt giống), có thể được tạo bằng cách yêu cầu người dùng di chuyển chuột, kết hợp chuyển động của chuột với một số lần nhấn phím và thêm vào một số micro giây kể từ đầu lần bật nguồn cuối cùng.

Hạt giống số ngẫu nhiên của Windows được lấy từ bộ sưu tập số chuột, bàn phím, mạng và thời gian trong ngày. Nó không thể lặp lại. Nhưng giá trị muối này có thể được đặt lại thành một hạt đã biết, nếu như đã đề cập ở trên, một hạt có liên quan đến việc thiết kế một thí nghiệm.

Ồ vâng, Linux có hai trình tạo số ngẫu nhiên. Một, mặc định là modulo 32bits và cái còn lại là modulo 64bits. Sự lựa chọn của bạn phụ thuộc vào nhu cầu về độ chính xác và lượng thời gian tính toán mà bạn muốn sử dụng để thử nghiệm hoặc sử dụng thực tế.