C++中mt19937的平台相关状态？

Question

我希望能在C++程序中保存std::mt19937随机数生成器的状态，以便我能够在后期以相同的“随机性状态”恢复我的程序。我还想在不同的平台上（Linux和Mac）使用我的程序。

考虑以下最小示例，其中我仅将当前状态写入stdout：

#include <iostream>
#include <random>
using namespace std;

static mt19937 rng;

int main() {
  seed_seq seeder{1234};
  rng = mt19937(seeder);

  cout << "mt1: " << rng() << endl;
  cout << "mt2: " << rng() << endl;

  cout.imbue(locale("en_US.UTF-8"));
  cout << rng << endl;
}

我的问题是，这个程序在不同平台上编译后，状态输出结果不同。在Linux系统（g++ 7.1.0）上，我会得到以下输出：

mt1: 2684129121
mt2: 3957864051
3,598,990,873 2,041,003,246 [...]

在我的Mac上（Apple LLVM 8.1.0），我得到了以下信息：

mt1: 2684129121
mt2: 3957864051 
1,413,537,266 1,230,536,264 [...]

基本上我想了解为什么状态不同以及如何实现它们相同，这样我就可以在系统之间保存和加载状态。此问题与以下问题相关：C++ std::mt19937 and rng state save/load & portability。然而，该线程并未回答我的问题。它提到使用相同的语言环境，但似乎并不影响状态。

- TriSSSe

---

我不相信标准规定了 RNG 状态的确切细节。它们留给实现。您无法在实现之间可移植地传输它。 - Igor Tandetnik

Answer 1

由于类的实现方式取决于编译器/平台，所以你无法通过STL来实现你想要的一致性。如果你想要一个一致的实现，我建议你考虑使用Boost。它有一个实现所有随机类的STL兼容版本。（它也比STL具有一些优势，例如允许使用boost::random::random_device作为种子序列）。你也可以制作自己的类实现，尽管Boost是一个已存在的跨平台实现，你可以使用它。

编辑：

我想重新审视这个答案，并更新一些更准确的信息。当我写原始答案时，我假设标准没有规定各个引擎的operator<<和operator>>的工作方式，这就是为什么它不可移植。后来我花了一些时间阅读了<random>头文件的标准（草案）文档，并了解到这是错误的。标准指定了标准库中包含的所有生成器的状态的“文本表示”，iostream运算符是基于此定义的。问题实际上是libstdc++（GCC和有时Clang的标准库实现）在这方面没有正确地实现标准。有一个未解决的问题，但它不太可能在短时间内得到解决。

实现iostream运算符的挑战在于，mersenne_twister_engine的文本表示每次调用operator()都将所有值向前移动一位。这需要使用类似循环缓冲器的东西来存储状态。libstdc++试图通过计算state_size块中状态的更改来优化此过程。这种方法的问题在于引擎大部分时间并没有直接存储iostream运算符所需的所有值。为了解决这个问题，libstdc++选择输出其实际的内部状态（state_size个状态值，后跟状态中的“当前索引”），而不是标准要求的。

有许多方法可以使libstdc ++修复其实现，以正确地实现标准，其中几乎所有方法都被其他实现使用。它可以将用于引擎的存储量增加一倍，以保留始终需要iostream运算符所需的值，如Microsoft的STL。它可以删除批量状态更新，并改为每次调用operator()时更新一次，如LLVM的libc ++。它还可以实现“倒回”功能，在需要时计算iostream运算符所需的值，如Boost.Random（这将增加计算成本，不仅适用于iostream运算符，而且适用于operator == ）。所有这些更改都有相关的权衡，并且任何此类更改可能都必须经过某种过渡计划，以避免在向后兼容性方面引起太多问题。因此，即使有许多方法可以修复它，但可能要等待一段时间才能修复。

- LRFLEW

---

谢谢。看来唯一的选择是使用另一个库。 - TriSSSe