使用Swift 2.1生成高斯随机数

Question

我试图将一个旧的Objective-C项目更新到Swift。我需要生成高斯随机数。在Objective-C中，我使用了以下代码:

double gaussrand()
{
    static double V1, V2, S;
    static int phase = 0;
    double X;

    if(phase == 0) {
        do {
            double U1 = (double)rand() / RAND_MAX;
            double U2 = (double)rand() / RAND_MAX;

            V1 = 2 * U1 - 1;
            V2 = 2 * U2 - 1;
            S = V1 * V1 + V2 * V2;
        } while(S >= 1 || S == 0);

        X = V1 * sqrt(-2 * log(S) / S);
    } else
        X = V2 * sqrt(-2 * log(S) / S);

    phase = 1 - phase;

    return X;
}

然而，这在Swift中不太好翻译。有人知道在Swift 2.1中如何生成给定均值和标准差的高斯随机数吗？

- user1028028

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什么无法很好地翻译？您是否遇到了static变量的问题？ - Sulthan

Answer 1

请注意，根据您的定义，您希望gaussRand成为计算属性。Swift中的计算属性无法存储其他属性，因此，在实现Box-Muller变换方法的Swift版本示例中，我将计算属性gaussRand包装在一个类中，并将s、v2和cachedNumberExists作为该类中的存储属性，从而允许每第二个调用gaussRand返回先前结果的缓存值。

class MyRandomGenerator {
    // stored properties
    var s : Double = 0.0
    var v2 : Double = 0.0
    var cachedNumberExists = false

    // (read-only) computed properties
    var gaussRand : Double  {
        var u1, u2, v1, x : Double
        if !cachedNumberExists {
            repeat {
                u1 = Double(arc4random()) / Double(UINT32_MAX)
                u2 = Double(arc4random()) / Double(UINT32_MAX)
                v1 = 2 * u1 - 1;
                v2 = 2 * u2 - 1;
                s = v1 * v1 + v2 * v2;
            } while (s >= 1 || s == 0)
            x = v1 * sqrt(-2 * log(s) / s);
        }
        else {
            x = v2 * sqrt(-2 * log(s) / s);
        }
        cachedNumberExists = !cachedNumberExists
        return x
    }
}

我们断言我们可以得到预期的结果：

// Assert expected results
var myRandomGenerator = MyRandomGenerator()

let numGaussNumbers = 1000
var myGaussArr = [Double](count: numGaussNumbers, repeatedValue: 0.0)
for (i,_) in myGaussArr.enumerate() { myGaussArr[i] = myRandomGenerator.gaussRand }

let myMean = myGaussArr.reduce(0.0, combine: +)/Double(numGaussNumbers) // 0.0.. OK
let myVar = myGaussArr.map { pow(($0 - myMean), 2) }.reduce(0.0, combine: +)/Double(numGaussNumbers) // ~1, O

print("(\(myMean),\(myVar))") // ~(0,1), OK

好的。

- dfrib

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我刚刚看到GameplayKit中有这样的随机生成器.. :) 但还是谢谢你的回答。 - user1028028

读到你的问题时有点匆忙，以为你想要翻译，但我现在看到你是在寻求任何类型的高斯生成器 ;) - dfrib

Answer 2

这是Java非常高效的Random.nextGaussian()方法的Swift翻译：

private var nextNextGaussian: Double? = {
    srand48(Int(arc4random())) //initialize drand48 buffer at most once
    return nil
}()

func nextGaussian() -> Double {
    if let gaussian = nextNextGaussian {
        nextNextGaussian = nil
        return gaussian
    } else {
        var v1, v2, s: Double

        repeat {
            v1 = 2 * drand48() - 1
            v2 = 2 * drand48() - 1
            s = v1 * v1 + v2 * v2
        } while s >= 1 || s == 0

        let multiplier = sqrt(-2 * log(s)/s)
        nextNextGaussian = v2 * multiplier
        return v1 * multiplier
    }
}

现在，如果想要生成一个均值和标准差已知的高斯随机数，只需执行以下操作：

let myGaussian = nextGaussian() * myStandardDeviation + myMean

- Hans Brende