随机生成器从C到Java的端口?

2022-09-02 11:13:22

George Marsaglia写了一个出色的随机数生成器,它非常快速,简单,并且比Mersenne Twister具有更高的周期。下面是带有说明的代码:

良好的C随机数生成器

我想将CMWC4096代码移植到Java,但它使用几种无符号数据类型,所以我不确定如何正确地执行此操作。以下是完整的 C 代码:

/* choose random initial c<809430660 and */
/* 4096 random 32-bit integers for Q[]   */
static unsigned long Q[4096],c=362436;

unsigned long CMWC4096(void) {
    unsigned long long t, a=18782LL;
    static unsigned long i=4095;
    unsigned long x,r=0xfffffffe;
    i = (i+1) & 4095;
    t = a*Q[i] + c;
    c = (t>>32);
    x = t + c;
    if (x < c) {
        x++;
        c++;
    }
    return (Q[i] = r - x);
}

任何人都可以将其移植到Java吗?当您只有可用的签名号码时,这是如何工作的?

编辑:感谢大家的快速回答!对于前 1 亿个数字,此 java 代码似乎产生与 C 代码相同的结果。它比Java的java.util.Random快3倍。

public class ComplimentaryMultiplyWithCarryRandom {

    /**
     * Choose 4096 random 32-bit integers
     */
    private long[] Q;

    /**
     * choose random initial c<809430660
     */
    private long c = 362436;

    private int i;

    public ComplimentaryMultiplyWithCarryRandom() {
        Random r = new Random(1);
        Q = new long[4096];

        // TODO initialize with real random 32bit values
        for (int i = 0; i < 4096; ++i) {
            long v = r.nextInt();
            v -= Integer.MIN_VALUE;
            Q[i] = v;
        }
        i = 4095;
    }

    int next() {
        i = (i + 1) & 4095;
        long t = 18782 * Q[i] + c;
        c = t >>> 32;
        long x = (t + c) & 0xffffffffL;
        if (x < c) {
            ++x;
            ++c;
        }

        long v = 0xfffffffeL - x;
        Q[i] = v;
        return (int) v;
    }
}

答案 1

大多数情况下,在 Java 中不需要使用较大的数值类型来模拟无符号类型。

对于加法,减法,乘法,左移,逻辑运算,相等和强制转换为较小的数字类型,无论操作数是有符号还是无符号都无关紧要,结果无论如何都是相同的,被视为位模式。

对于已签名,>>>转换为正确的用法>>。

对于签名的投射到更大的类型,只需这样做。

用于从较小类型到长期使用的无符号投射,并且对于较小的类型,请使用长类型的掩码。例如,从短到长:s & 0xffffL。

对于从较小类型到 int 的无符号转换,请使用 & 具有 int 类型的掩码。例如,字节到整数:b和0xff。

否则,请像 int 大小写一样,并在顶部应用强制。例如,字节到短:(短)(b和0xff)。

对于比较运算符<等和划分,最简单的方法是转换为更大的类型并在那里执行操作。但也有其他选择,例如,在添加适当的偏移量后进行比较。


答案 2

任何人都可以将其移植到Java吗?当您只有可用的签名号码时,这是如何工作的?

没有压力! 因此,有史以来最大的可能还不够大,无法导致有符号与未签名的问题。在任何地方使用Q之前,您必须将使用Q的结果“升级”为等于32位无符号数字的值。例如,如果Q是(32位有符号),那么在语句中使用它之前,您必须执行此操作,例如a=18782tintt=a*Q[i]+c

t=a*(((long)Q[i])&0xffffffffL)+c

其中,此(((long)Q[i])&0xffffffffL)业务将Q[i]提升为64位#,并确保其高32位为0。(编辑:注意:你需要0xffffffl在这里。如果你使用0xffffffff,Java做了错误的事情,它似乎“优化”了错误的答案,如果Q[i]的高位是1,你会得到一个负数。

您应该能够通过运行C++和Java中的算法来比较输出来验证这一点。

编辑:这是一个镜头。我尝试在C++和Java中运行它N = 100000;它们都匹配。抱歉,如果我使用糟糕的Java习语,我对Java还很陌生。

C++:

// marsaglia2003.cpp 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // for atoi

class m2003
{
    enum {c0=362436, sz=4096, mask=4095};
    unsigned long Q[sz];
    unsigned long c;
    short i;

public:
    m2003()
    {
        // a real program would seed this with a good random seed
        // i'm just putting in something that makes the output interesting
        for (int j = 0; j < sz; ++j)
            Q[j] = j + (j << 16);
        i = 4095;
        c = c0;
    }

    unsigned long next()
    {
        unsigned long long t, a=18782LL;
        unsigned long x;
        unsigned long r=0xfffffffe;
        i = (i+1)&mask;
        t=a*Q[i]+c;
        c=(unsigned long)(t>>32);
        x=(unsigned long)t + c;
        if (x<c)
        {
            x++;
            c++;
        }
        return (Q[i]=r-x);
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    m2003 generator;
    int n = 100;
    if (argc > 1)
        n = atoi(argv[1]);

    for (int i = 0; i < n; ++i)
    {
        printf("%08x\n", generator.next());
    }
    return 0;
}

java:(比编译C++慢,但它匹配N = 100000)

// Marsaglia2003.java

import java.util.*;

class Marsaglia2003
{
    final static private int sz=4096;
    final static private int mask=4095;
    final private int[] Q = new int[sz];
    private int c=362436;
    private int i=sz-1;

    public Marsaglia2003()
    {
        // a real program would seed this with a good random seed
        // i'm just putting in something that makes the output interesting
        for (int j = 0; j < sz; ++j)
            Q[j] = j + (j << 16);
    }

  public int next() 
    // note: returns a SIGNED 32-bit number.
    // if you want to use as unsigned, cast to a (long), 
    // then AND it with 0xffffffffL
    {
        long t, a=18782;
        int x;
        int r=0xfffffffe;
        i = (i+1)&mask;
        long Qi = ((long)Q[i]) & 0xffffffffL; // treat as unsigned 32-bit
        t=a*Qi+c;
        c=(int)(t>>32); 
           // because "a" is relatively small this result is also small

        x=((int)t) + c;
        if (x<c && x>=0) // tweak to treat x as unsigned
        {
            x++;
            c++;
        }
        return (Q[i]=r-x);
    }

    public static void main(String args[])
    {
        Marsaglia2003 m2003 = new Marsaglia2003();

        int n = 100;
        if (args.length > 0)
            n = Integer.parseInt(args[0]);
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            System.out.printf("%08x\n", m2003.next());
        }
    }
};

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