c++ - 使用 `` 的不可复制的随机数

Question

我正在尝试创建一个类，为多个分布生成随机数，同时保持它们的可重现性(通过设置初始种子)。

代码似乎可以工作，直到我开始使用正态分布和奇怪的错误表面。这些主要是:

• 如果我取消注释 double a = rnd.rnorm(0.0, 1.0); -line(第 40 行)(即如果我在设置种子之前调用 rnorm)，正态分布的第一个随机数不再匹配，之后的随机数再次匹配
• 如果我从正态分布中检索到奇数个随机数，则正态随机数将移动一位(例如，将第 39 行设置为 int n = 3; )
• 如果我同时做这两件事，随机数会在另一个方向移动一个(前导)

现在我的问题是，是什么导致了这种奇怪的行为？我实现了吗 RNG以错误的方式？最重要的是，我该如何修复它？

代码

如果您想自己测试结果，可以使用此 http://cpp.sh/9phre

或者这个

#include <stdio.h>
#include <random>

// Class to create random numbers 
// Main functions to set the seed: setseed()
// create uniformly distributed values: runif()
// and normally distributed values: rnorm()
class RNG {
public:
    RNG(int seed = (int) time(0)) {
        setseed(seed);
    };
    ~RNG() {};
    void setseed(int newSeed) {
        re.seed(newSeed);
    };

    double runif(double minNum, double maxNum) {
        return dud(re, distUnifDbl::param_type{minNum, maxNum});
    };
    double rnorm(double mu, double sd) {
        return dnd(re, distNormDbl::param_type{mu, sd});
    };

private:
    // take the Mersenne-Twister Engine
    std::mt19937 re {};
    // create the uniform distribution
    using distUnifDbl = std::uniform_real_distribution<double>;
    distUnifDbl dud {};
    // create the normal distribution
    using distNormDbl = std::normal_distribution<double>;
    distNormDbl dnd {};

};

int main(int argc, char const *argv[]) {
    RNG rnd;
    int n = 4; // setting n to an odd number, makes _all_ normal numbers non-reproducible
    //double a = rnd.rnorm(0.0, 1.0); // uncommenting this, makes the _first_ normal number non-reproducible

    printf("Testing some Uniform Numbers\n");
    rnd.setseed(123);
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("% 13.10f ", rnd.runif(0.0, 1.0));
    }
    rnd.setseed(123);
    printf("\n");
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("% 13.10f ", rnd.runif(0.0, 1.0));
    }
    printf("\n");

    printf("\nTesting some Normal Numbers\n");
    rnd.setseed(123);
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("% 13.10f ", rnd.rnorm(0.0, 1.0));
    }
    rnd.setseed(123);
    printf("\n");
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("% 13.10f ", rnd.rnorm(0.0, 1.0));
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

结果

基本情况

设置n = 4时离开a评论后，我收到以下内容(这正是我想要/需要的；可重现的“随机”数字):

Testing some Uniform Numbers
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089 
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089 

Testing some Normal Numbers
-0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713 
-0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713 

错误 1

现在是错误。设置n = 5 (或任何奇数)，我收到:

Testing some Uniform Numbers
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089  0.4911189328 
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089  0.4911189328 

Testing some Normal Numbers
-0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713  1.5213608069 
-0.0482498863 -0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713 

这显然将所有正态数加 1。均匀数保持不变(我想这很好)。

错误2

取消注释一行(即在设置种子之前调用一次rnd.rnorm(0.0, 1.0))，导致以下输出(带有n = 4或任何其他偶数)

Testing some Uniform Numbers
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089 
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089 

Testing some Normal Numbers
 0.9761557076 -0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913 
 0.9675940713 -0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913 

这显然只打破了第一个正常的随机数，再次留下统一的数字。

错误3

同时使用这两点(保留该行未注释并将 n 设置为奇数)，我得到了这个

Testing some Uniform Numbers
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089  0.4911189328 
 0.7129553216  0.4284709250  0.6908848514  0.7191503089  0.4911189328 

Testing some Normal Numbers
-0.4553400276 -0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713 
-0.5696096995  1.6958337120  1.1108714913  0.9675940713  1.5213608069 

现在，正常随机数的第二个数字向另一个方向(前导)移动了一个。

系统规范

我在 Ubuntu 16.04 和 g++ --version 上使用它g++(Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609

更新

它似乎没有连接到特定的生成器，即替换了 std::mt19937 re {};与 std:: linear_congruential_engine<std::uint_fast32_t, 48271, 0, 2147483647> re {}; , 或者用 std::subtract_with_carry_engine<std::uint_fast64_t, 48, 5, 12> re{};结果相同(但显然数字不同)。

Answer 1

void setseed(int newSeed) {
        re.seed(newSeed);
        dud.reset(); // <---- 
        dnd.reset(); 
    };

分布有内部状态。您需要重置它才能再次获得相同的序列。