C++ 快速正态随机数生成器

Question

我正在使用 mt19937 生成器生成正常的随机数，如下所示:

normal_distribution<double> normalDistr(0, 1);    
mt19937 generator(123);
vector<double> randNums(1000000);
for (size_t i = 0; i != 1000000; ++i)
{
    randNums[i] = normalDistr(generator);
}

上面的代码有效，但是由于我在我的代码中生成了超过 1 亿个正常随机数，所以上面的代码非常慢。

有没有更快的方法生成正态随机数？

以下是有关如何使用代码的一些背景信息:

• 随机数的质量并不那么重要
• 数字的精度不是那么重要，double 或 float 都可以
• 正态分布始终具有均值 = 0 和西格玛 = 1

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编辑:

@Dúthomhas，安德鲁:

分析后，以下函数占用了超过 50% 的时间:

std::normal_distribution<double>::_Eval<std::mersenne_twister_engine<unsigned int,32,624,397,31,2567483615,11,4294967295,7,2636928640,15,4022730752,18,1812433‌​253> >

Answer 1

最重要的是，您真的同时需要 100,000,000 个随机数吗？将所有这些数据写入 RAM 以及随后从 RAM 中读取这些数据不可避免地需要大量时间。如果您一次只需要一个随机数，则应避免这种情况。

假设您确实需要 RAM 中的所有这些数字，那么您应该首先如果您真的想知道 CPU 时间在哪里花费/丢失，请分析您的代码。

其次，您应该避免不必要的数据重新分配和初始化。这可以通过结合使用 std::vector::reserve(final_size) 和 std::vector::push_back() 轻松完成。

第三，您可以使用比 std::mt19937 更快的 RNG。当数字的质量很重要时，建议使用 RNG。 online documentation说 lagged Fibonacci generator (在 std:: subtract_with_carry_engine 中实现)速度很快，但重复周期可能不够长——您必须检查一下。或者，您可能想使用 std::min_stdrand(它使用 linear congruential generator)

std::vector<double> make_normal_random(std::size_t number,
                                       std::uint_fast32_t seed)
{
  std::normal_distribution<double> normalDistr(0,1);    
  std::min_stdrand generator(seed);
  std::vector<double> randNums;
  randNums.reserve(number);
  while(number--)
    randNums.push_back(normalDistr(generator));
  return randNums;
}