<random> สร้างหมายเลขเดียวกันใน Linux แต่ไม่ใช่ใน Windows

Question 1

รหัสด้านล่างนี้มีไว้เพื่อสร้างรายการตัวเลขสุ่มหลอกห้าหมายเลขในช่วงเวลา [1,100] ฉันเมล็ดdefault_random_engineด้วยtime(0)ซึ่งจะส่งกลับเวลาของระบบในเวลายูนิกซ์ เมื่อฉันรวบรวมและเรียกใช้โปรแกรมนี้บน Windows 7 โดยใช้ Microsoft Visual Studio 2013 มันทำงานได้ตามที่คาดไว้ (ดูด้านล่าง) อย่างไรก็ตามเมื่อฉันทำใน Arch Linux ด้วยคอมไพเลอร์ g ++ มันทำงานแปลก ๆ

ใน Linux จะมีการสร้างตัวเลข 5 ตัวในแต่ละครั้ง ตัวเลข 4 ตัวสุดท้ายจะแตกต่างกันในแต่ละการดำเนินการ (ซึ่งมักจะเป็นเช่นนั้น) แต่ตัวเลขแรกจะยังคงเหมือนเดิม

ตัวอย่างผลลัพธ์จากการดำเนินการ 5 ครั้งบน Windows และ 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

เมื่อเพิ่มความลึกลับแล้วตัวเลขแรกนั้นจะเพิ่มขึ้นเป็นระยะ ๆ บน Linux หลังจากได้ผลลัพธ์ข้างต้นฉันรอประมาณ 30 นาทีแล้วลองอีกครั้งเพื่อพบว่าหมายเลข 1 มีการเปลี่ยนแปลงและตอนนี้จะถูกสร้างเป็น 26 เสมอมันยังคงเพิ่มขึ้นทีละ 1 เป็นระยะและตอนนี้อยู่ที่ 32 ดูเหมือนว่าจะสอดคล้องกัน ด้วยค่าที่เปลี่ยนแปลงของtime(0).

เหตุใดหมายเลขแรกจึงไม่ค่อยเปลี่ยนแปลงในระหว่างการวิ่งและเมื่อใดจึงเพิ่มขึ้นทีละ 1

รหัส. พิมพ์ตัวเลข 5 ตัวและเวลาระบบอย่างเรียบร้อย:

#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

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น:

default_random_engineใน libstdc ++ (ไลบรารีมาตรฐานของ GCC) minstd_rand0ซึ่งเป็นกลไกเชิงเส้นที่สอดคล้องกันอย่างง่าย:
```
typedef linear_congruential_engine<uint_fast32_t, 16807, 0, 2147483647> minstd_rand0;
```
วิธีที่เอ็นจิ้นนี้สร้างตัวเลขสุ่มคือ x _{i + 1} = (16807x _i + 0) mod 2147483647
ดังนั้นหากเมล็ดมีความแตกต่างกัน 1 ครั้งจำนวนที่สร้างครั้งแรกส่วนใหญ่จะแตกต่างกันโดย 16807
ช่วงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้คือ [1, 2147483646] วิธี libstdc ++ 's uniform_int_distributionแผนที่มันเป็นจำนวนเต็มในช่วง [1, 100] nเป็นหลักนี้สร้างจำนวน ถ้าจำนวนไม่เกิน 2147483600 แล้วกลับ(n - 1) / 21474836 + 1; มิฉะนั้นลองอีกครั้งโดยใช้หมายเลขใหม่
มันควรจะง่ายที่จะเห็นว่าในกรณีส่วนใหญ่สองnวินาทีที่แตกต่างกันเพียง 16807 จะให้ตัวเลขเดียวกันใน [1, 100] ภายใต้ขั้นตอนนี้ ในความเป็นจริงเราคาดหวังว่าจำนวนที่สร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้นหนึ่งในทุกๆ 21474836/16807 = 1278 วินาทีหรือ 21.3 นาทีซึ่งก็เห็นด้วยกับการสังเกตของคุณ

MSVC default_random_engineคือmt19937ซึ่งไม่มีปัญหานี้

Question 3

std::default_random_engineมีการดำเนินงานที่กำหนดไว้ ใช้std::mt19937หรือstd::mt19937_64แทน

นอกจากนี้std::timeและctimeฟังก์ชั่นไม่แม่นยำมากให้ใช้ประเภทที่กำหนดไว้ใน<chrono>ส่วนหัวแทน:

#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

ในลินุกซ์ฟังก์ชันสุ่มไม่ใช่ฟังก์ชันสุ่มในแง่ของความน่าจะเป็น แต่เป็นตัวสร้างตัวเลขสุ่มหลอก มันเค็มด้วยเมล็ดและขึ้นอยู่กับเมล็ดพันธุ์นั้นตัวเลขที่ผลิตได้จะสุ่มหลอกและกระจายอย่างสม่ำเสมอ วิธีของลินุกซ์มีข้อได้เปรียบในการออกแบบการทดลองบางอย่างโดยใช้ข้อมูลจากประชากรซึ่งสามารถวัดการทำซ้ำของการทดลองด้วยการปรับแต่งข้อมูลอินพุตที่ทราบได้ เมื่อโปรแกรมขั้นสุดท้ายพร้อมสำหรับการทดสอบในชีวิตจริงเกลือ (เมล็ดพันธุ์) สามารถสร้างขึ้นได้โดยขอให้ผู้ใช้เลื่อนเมาส์ผสมการเคลื่อนไหวของเมาส์กับการกดแป้นพิมพ์บางส่วนและเพิ่มจำนวนไมโครวินาทีนับตั้งแต่จุดเริ่มต้นของ เปิดเครื่องครั้งสุดท้าย

เมล็ดพันธุ์ตัวเลขสุ่มของ Windows ได้มาจากการรวบรวมเมาส์แป้นพิมพ์เครือข่ายและตัวเลขเวลาของวัน ไม่สามารถทำซ้ำได้ แต่ค่าเกลือนี้อาจถูกรีเซ็ตเป็นเมล็ดที่ทราบหากตามที่กล่าวไว้ข้างต้นค่าหนึ่งมีส่วนร่วมในการออกแบบการทดลอง

โอ้ใช่ลินุกซ์มีตัวสร้างตัวเลขสุ่มสองตัว หนึ่งค่าเริ่มต้นคือโมดูโล 32 บิตและอีกค่าหนึ่งคือโมดูโล 64 บิต ทางเลือกของคุณขึ้นอยู่กับความต้องการความแม่นยำและระยะเวลาในการประมวลผลที่คุณต้องการใช้สำหรับการทดสอบหรือการใช้งานจริง