C++11 生成频繁变化范围内的随机数

Question

问：如何从先验未知的范围中生成（许多）均匀分布的整数？在性能方面，什么是首选方法（生成数百万个数字）？

背景：在我的应用程序中，我必须在许多地方生成许多伪随机数。我使用单例模式来维护应用程序运行的可重现性。在我的情况下，分布总是均匀的，但问题在于有太多可能的范围无法在C++11样式中预先制作分布对象。

我尝试过的方法：这有两个明显的解决方案，第一个是拥有一次性分布对象，第二个是使用取模将随机数从最广泛的范围转换为所需的范围。但我对这些是否是最佳解决方案表示怀疑 :)

#include <random>
#include <iostream>
#include "limits.h"
using namespace std;

mt19937 mt;
uniform_int_distribution<int> * fixedDist;
uniform_int_distribution<int> * variableDist;

// this version creates and delete dist after just one use
int getIntFromRange1(int from, int to){
    variableDist = new uniform_int_distribution<int>(from,to);
    int num = (*variableDist)(mt);
    delete variableDist;
    return num;
}

// this version contains modulo
int getIntFromRange2(int from, int to){
    int num = (*fixedDist)(mt);
    int diff = to - from;
    num = num % diff;
    return num + from;
}

int main(){ 
   mt.seed(123456);
   fixedDist= new uniform_int_distribution<int>(0,INT_MAX)

   int a = getIntFromRange1(1,10); // 1 and 10 are just for illustration
   int b = getIntFromRange2(1,10); // can change freely

   cout << "a: " << a << endl; // a: 6
   cout << "b: " << b << endl; // b: 9

   getchar();
}

重复问题

更改 uniform_int_distribution 的范围

- teejay

Answer 1

我会去做。

int getIntFromRange1(int from, int to){
    std::uniform_int_distribution<int> dist(from, to);
    return dist(mt);
}

- Jarod42

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这比我的好一点，我承认 :-) - teejay

这是你能得到的最好的。uniform_int_distribution只是两个值的占位符（param_type的包装器，类似于pair）。编译器会优化它得很好（没有涉及分配）。 - firda

那我猜我得接受这个答案了，谢谢大家的帮助！ - teejay

Answer 2

我会像Jarod42的回答中所说的那样进行：分布对象应该是轻量级的，因此在需要随机数时构建新的分布是简单快速的（昂贵的是随机引擎）。

但是你也可以考虑这种实现：

inline int get_int_from_range(int from, int to)
{
  using distribution_type = std::uniform_int_distribution<int>;
  using param_type = typename distribution_type::param_type;

  thread_local distribution_type dist;
  return dist(mt, param_type(from, to));
}

这样做的原因是可能有需要存储值/状态的分布。

对于整数和均匀分布来说，可能并不是这种情况，但在N4316 - std::rand replacement中，建议的实现使用了这种技术，这很有趣。

- manlio