std::seed_seq::generate

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伪随机数生成
 
std::seed_seq
 
template< class RandomIt >
void generate( RandomIt begin, RandomIt end );
 (C++11 起)

基于 v 中存储的（可能有偏差的）种子，通过以 32 位无符号整数值填充范围 [begin, end) 的方式生成无偏差种子。

  • 如果 begin == end 是 true，那么什么也不做。
  • 否则，按照如下所述的生成算法生成种子。

如果 std::iterator_traits<RandomIt>::value_type 不是无符号整数类型，或者它的宽度小于 32，那么程序非良构。

如果 RandomIt 不满足老式随机访问迭代器 (LegacyRandomAccessIterator) 的要求，或者它不可变，那么行为未定义。

目录

[编辑] 生成算法

给定以下值和操作：

值 定义
z v .size()
n end - begin
m std::max(z + 1, n)
t (n >= 623) ? 11 : (n >= 68) ? 7 : (n >= 39) ? 5 : (n >= 7) ? 3 : (n - 1) / 2
p (n - t) / 2
q p + t
操作 定义
xor 内建的逐位异或
rshift 内建的向右移位
T(x) x xor (x rshift 27)

生成算法包含以下步骤，其中 Si 表示 begin[i % n]，Vi 表示 v [i]：

1) 将输出范围中的所有元素都设置为 0x8b8b8b8b。
2) 对 [​0​, m) 中的所有整数 k，依次按顺序进行以下操作：
1) 设 r1 为 1664525·T(Sk xor Sk+p xor Sk-1)。
2) 设 r2 为 r1+j，其中 j 是：
  • z，如果 k=0
  • (k mod n)+Vk-1，如果 0<k⩽z
  • k mod n，如果 z<k
3) 将 Sk+p 设置为 (Sk+p+r1) mod 232
。
4) 将 Sk+q 设置为 (Sk+q+r2) mod 232
。
5) 将 Sk 设置为 r2 mod 232
。
3) 对 [m, m + n) 中的所有整数 k，依次按顺序进行以下操作：
1) 设 r3 为 1566083941·T(Sk+Sk+p+Sk-1)。
2) 设 r4 为 r3-(k mod n)。
3) 将 Sk+p 设置为 (Sk+p xor r3) mod 232
。
4) 将 Sk+q 设置为 (Sk+q xor r4) mod 232
。
5) 将 Sk 设置为 r4 mod 232
。

[编辑] 参数

begin, end - 表示输出范围的迭代器

[编辑] 异常

只会抛出在 begin 和 end 上的 RandomIt 操作抛出的异常。

[编辑] 示例

运行此代码
#include <algorithm>
#include <cassert>
#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <random>
 
// std::seed_seq 主体部分的雏形……
struct seed_seq
{
    std::vector<std::uint32_t> v;
 
    seed_seq(std::initializer_list<std::uint32_t> const il) : v{il} {}
 
    template<typename RandomIt>
    void generate(RandomIt first, RandomIt last)
    {
        if (first == last)
            return;
        //
        // 假定 v = {1,2,3,4,5} 且 distance(first, last) == 10。
        //
        // 步骤 1：以 0x8b8b8b8b 填充
        // seeds = {2341178251, 2341178251, 2341178251, 2341178251, 2341178251,
        //          2341178251, 2341178251, 2341178251, 2341178251, 2341178251}
        //
        std::fill(first, last, 0x8b8b8b8b);
        //
        // 步骤 2：
        // n = 10, s = 5, t = 3, p = 3, q = 6, m = 10
        //
        const std::uint32_t n = last - first;
        const std::uint32_t s = v.size();
        const std::uint32_t t = (n < 7) ? (n - 1) / 2
                              : (n < 39) ? 3
                              : (n < 68) ? 5
                              : (n < 623) ? 7
                              : 11;
        const std::uint32_t p = (n - t) / 2;
        const std::uint32_t q = p + t;
        const std::uint32_t m = std::max(s + 1, n);
        //
        // 首次迭代，k = 0；r1 = 1371501266，r2 = 1371501271
        //
        // seeds = {1371501271, 2341178251, 2341178251, 3712679517, 2341178251,
        //          2341178251, 3712679522, 2341178251, 2341178251, 2341178251}
        //
        // 从 k = 1 到 k = 5 迭代（r2 = r1 + k % n + v[k - 1]）
        //
        // r1 = 2786190137, 3204727651, 4173325571, 1979226628, 401983366
        // r2 = 2786190139, 3204727655, 4173325577, 1979226636, 401983376
        //
        // seeds = {3350727907, 3188173515, 3204727655, 4173325577, 1979226636,
        //           401983376, 3591037797, 2811627722, 1652921976, 2219536532}
        //
        // 从 k = 6 到 k = 9 迭代（r2 = r1 + k % n）
        //
        // r1 = 2718637909, 1378394210, 2297813071, 1608643617
        // r2 = 2718637915, 1378394217, 2297813079, 1608643626
        //
        // seeds = { 434154821, 1191019290, 3237041891, 1256752498, 4277039715,
        //          2010627002, 2718637915, 1378394217, 2297813079, 1608643626}
        //
        auto begin_mod = [first, n](std::uint32_t u) -> decltype(*first)&
        {
            return first[u % n]; // 即 begin[x] 按 modulo n 取值
        };
        auto T = [](std::uint32_t x) { return x ^ (x >> 27); };
 
        for (std::uint32_t k = 0, r1, r2; k < m; ++k)
        {
            r1 = 1664525 * T(begin_mod(k) ^ begin_mod(k + p) ^ begin_mod(k - 1));
            r2 = (k == 0) ? r1 + s
               : (k <= s) ? r1 + k % n + v[k - 1]
               :            r1 + k % n;
            begin_mod(k + p) += r1;
            begin_mod(k + q) += r2;
            begin_mod(k) = r2;
        }
        //
        // 步骤 3
        // 从 k = 10 到 k = 19 迭代，用 ^= 修改输出
        //
        // r1 = 1615303485, 3210438310, 893477041, 2884072672, 1918321961,
        // r2 = 1615303485, 3210438309, 893477039, 2884072669, 1918321957
        //
        // seeds = { 303093272, 3210438309,  893477039, 2884072669, 1918321957,
        //          1117182731, 1772877958, 2669970405, 3182737656, 4094066935}
        //
        // r1 =  423054846, 46783064, 3904109085, 1534123446, 1495905687
        // r2 =  423054841, 46783058, 3904109078, 1534123438, 1495905678
        //
        // seeds = { 4204997637, 4246533866, 1856049002, 1129615051, 690460811,
        //           1075771511,   46783058, 3904109078, 1534123438, 1495905678}
        //
        for (std::uint32_t k = m, r3, r4; k < m + n; ++k)
        {
            r3 = 1566083941 * T(begin_mod(k) + begin_mod(k + p) + begin_mod(k - 1));
            r4 = r3 - k % n;
            begin_mod(k+p) ^= r3;
            begin_mod(k+q) ^= r4;
            begin_mod(k) = r4;
        }
    }
};
 
int main()
{
    const auto input = std::initializer_list<std::uint32_t>{1, 2, 3, 4, 5};
    const auto output_size = 10;
 
    // 使用 std 版本的 seed_seq
    std::seed_seq seq(input);
    std::vector<std::uint32_t> seeds(output_size);
    seq.generate(seeds.begin(), seeds.end());
    for (const std::uint32_t n : seeds)
        std::cout << n << '\n';
 
    // 使用自定义版本的 seed_seq
    seed_seq seq2(input);
    std::vector<std::uint32_t> seeds2(output_size);
    seq2.generate(seeds2.begin(), seeds2.end());
 
    assert(seeds == seeds2);
}

输出： 

4204997637
4246533866
1856049002
1129615051
690460811
1075771511
46783058
3904109078
1534123438
1495905678

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
LWG 2180 C++11 seed_seq::generate 不会抛出异常 它可以抛出异常
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