Порт случайного генератора от C до Java?

Джордж Марсалья написал отличный генератор случайных чисел, который является чрезвычайно быстрым, простым и имеет гораздо более высокий период, чем Мерсенн Твистер. Вот код с описанием:

хороший генератор случайных чисел c

Я хотел перенести код CMWC4096 на Java, но он использует несколько неподписанных типов данных, поэтому я не уверен, как это сделать правильно. Вот полный код C:

/* choose random initial c<809430660 and */
/* 4096 random 32-bit integers for Q[]   */
static unsigned long Q[4096],c=362436;

unsigned long CMWC4096(void) {
    unsigned long long t, a=18782LL;
    static unsigned long i=4095;
    unsigned long x,r=0xfffffffe;
    i = (i+1) & 4095;
    t = a*Q[i] + c;
    c = (t>>32);
    x = t + c;
    if (x < c) {
        x++;
        c++;
    }
    return (Q[i] = r - x);
}

может ли кто-нибудь перенести это на Java? Как это работает, когда у вас есть только подписанные номера?

EDIT: спасибо всем за быстрые ответы! Для первых 100 миллионов чисел этот код java, похоже, дает тот же результат, что и код C. Это в 3 раза быстрее, чем java Java.утиль.Случайность.

public class ComplimentaryMultiplyWithCarryRandom {

    /**
     * Choose 4096 random 32-bit integers
     */
    private long[] Q;

    /**
     * choose random initial c<809430660
     */
    private long c = 362436;

    private int i;

    public ComplimentaryMultiplyWithCarryRandom() {
        Random r = new Random(1);
        Q = new long[4096];

        // TODO initialize with real random 32bit values
        for (int i = 0; i < 4096; ++i) {
            long v = r.nextInt();
            v -= Integer.MIN_VALUE;
            Q[i] = v;
        }
        i = 4095;
    }

    int next() {
        i = (i + 1) & 4095;
        long t = 18782 * Q[i] + c;
        c = t >>> 32;
        long x = (t + c) & 0xffffffffL;
        if (x < c) {
            ++x;
            ++c;
        }

        long v = 0xfffffffeL - x;
        Q[i] = v;
        return (int) v;
    }
}

6 ответов


может ли кто-нибудь перенести это на Java? Как эта работа, когда вы только подписали номера доступны?

Никакого Стресса! a=18782 поэтому большая t может когда-либо быть недостаточно большим, чтобы вызвать подписанные и неподписанные проблемы. Вам придется "обновить" результат использования Q до значения, равного 32-разрядное число, прежде чем использовать его в любом месте. например, если Q -int (32-битная подпись), то вам нужно будет сделать это, прежде чем использовать его в t=a*Q[i]+c заявление, например,

t=a*(((long)Q[i])&0xffffffffL)+c

где этот (((длинный)Q[i])&0xffffffffL) бизнес продвигает Q[i] до 64-битного # и гарантирует, что его высокие 32 бита равны 0. (edit: Примечание: вам нужен 0xffffffffL здесь. Java делает неправильно, если вы используете 0xffffffff, кажется, что он "оптимизирует" себя до неправильного ответа, и вы получаете отрицательное число, если высокий бит Q[i] равен 1.)

вы должны иметь возможность проверить это, запустив алгоритмы на C++ и Java для сравнения выходов.

edit: вот снимок на него. Я попытался запустить его на C++ и Java для N=100000; они оба совпадают. Извините, если я использовал плохие идиомы Java, я все еще довольно новичок в Java.

C++:

// marsaglia2003.cpp 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // for atoi

class m2003
{
    enum {c0=362436, sz=4096, mask=4095};
    unsigned long Q[sz];
    unsigned long c;
    short i;

public:
    m2003()
    {
        // a real program would seed this with a good random seed
        // i'm just putting in something that makes the output interesting
        for (int j = 0; j < sz; ++j)
            Q[j] = j + (j << 16);
        i = 4095;
        c = c0;
    }

    unsigned long next()
    {
        unsigned long long t, a=18782LL;
        unsigned long x;
        unsigned long r=0xfffffffe;
        i = (i+1)&mask;
        t=a*Q[i]+c;
        c=(unsigned long)(t>>32);
        x=(unsigned long)t + c;
        if (x<c)
        {
            x++;
            c++;
        }
        return (Q[i]=r-x);
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    m2003 generator;
    int n = 100;
    if (argc > 1)
        n = atoi(argv[1]);

    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
        printf("%08x\n", generator.next());
    }
    return 0;
}

java: (медленнее, чем скомпилированный C++, но он соответствует N=100000)

// Marsaglia2003.java

import java.util.*;

class Marsaglia2003
{
    final static private int sz=4096;
    final static private int mask=4095;
    final private int[] Q = new int[sz];
    private int c=362436;
    private int i=sz-1;

    public Marsaglia2003()
    {
        // a real program would seed this with a good random seed
        // i'm just putting in something that makes the output interesting
        for (int j = 0; j < sz; ++j)
            Q[j] = j + (j << 16);
    }

  public int next() 
    // note: returns a SIGNED 32-bit number.
    // if you want to use as unsigned, cast to a (long), 
    // then AND it with 0xffffffffL
    {
        long t, a=18782;
        int x;
        int r=0xfffffffe;
        i = (i+1)&mask;
        long Qi = ((long)Q[i]) & 0xffffffffL; // treat as unsigned 32-bit
        t=a*Qi+c;
        c=(int)(t>>32); 
           // because "a" is relatively small this result is also small

        x=((int)t) + c;
        if (x<c && x>=0) // tweak to treat x as unsigned
        {
            x++;
            c++;
        }
        return (Q[i]=r-x);
    }

    public static void main(String args[])
    {
        Marsaglia2003 m2003 = new Marsaglia2003();

        int n = 100;
        if (args.length > 0)
            n = Integer.parseInt(args[0]);
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            System.out.printf("%08x\n", m2003.next());
        }
    }
};

большую часть времени нет необходимости использовать большие числовые типы для моделирования неподписанных типов в Java.

для сложения, вычитания, умножения, сдвига влево, логических операций, равенства и приведение к меньшему числовому типу неважно, операнды signed или unsigned, результат будет одинаковым независимо от того, рассматривается как битовый шаблон.

для смещения вправо используйте >> для подписанного, > > > для неподписанного.

за подписью кастинг для большего типа просто сделайте это.

для беззнакового литья от меньшего типа до длительного использования & с маской типа long для меньшего типа. Е. Г., коротких до длинных: индекс S & 0xffffL.

для беззнакового литья от меньшего типа к int используйте & с маской типа int. Е. Г., Byte к int: б & значение 0xFF.

в противном случае сделайте как в случае int и примените литье сверху. Например, byte to short: (short) (b & 0xff).

для операторов сравнения


Если вы реализуете RNG в Java, лучше всего подкласс java.утиль.Random класс и более-ездить защищенный next (int) метод(ваш RNG затем является заменой для Java.утиль.Случайный.) Следующий метод (int) связан со случайно сгенерированными битами, а не с тем, что могут представлять эти биты. Другие (общедоступные) методы java.утиль.Random используйте эти биты для построения случайных значений различных типов.


чтобы обойти отсутствие беззнаковых типов Java, вы обычно храните числа в большем типе переменной (поэтому шорты обновляются до ints, ints до long). Поскольку вы используете длинные переменные здесь, вам придется подойти к BigInteger, что, вероятно, разрушит любое увеличение скорости, которое вы получаете из алгоритма.


просто как быстрая точка отсчета, которая может (или не может) помочь вам, я нашел эту ссылку:

http://darksleep.com/player/JavaAndUnsignedTypes.html


вы можете использовать подписанные номера при условии, что значения не переполняются...например, long в java - это 64-битное целое число со знаком. Однако целью этого алгоритма, похоже, является использование 64-битного значения без знака, и если это так, я думаю, вам не повезет с основными типами.

вы можете использовать целые числа multiprecision, предоставленные в библиотеках классов java (BigInteger). Или вы можете реализовать свой собственный 64-битный беззнаковый тип в качестве объекта, содержащего два Java представляют собой наименее значимые и наиболее значимые слова (но вам придется самостоятельно выполнять основные арифметические операции в классе).