rand（）的实现

Posted 2021-04-09

我在C中编写一些嵌入式代码，需要使用rand（）函数。不幸的是，控制器的库不支持rand（）。我需要一个快速的简单实现，但更重要的是空间开销很小，产生相对高质量的随机数。有谁知道使用哪种算法或示例代码？

编辑：它用于图像处理，因此“相对高质量”意味着良好的循环长度和良好的均匀特性。

答案

看看George Marsaglia的collection of random number generators。他是随机数生成方面的领先专家，所以我有信心使用他推荐的任何东西。该列表中的生成器很小，有些只需要几个无符号长整数作为状态。

按照您的长期标准和良好的均匀分布，Marsaglia的发电机绝对是“高品质”。他们通过了严格的统计测试，尽管他们不会做密码学。

另一答案

标准解决方案是使用linear feedback shift register。

另一答案

有一个名为KISS的简单RNG，根据三个数字它是一个随机数发生器。

/* Implementation of a 32-bit KISS generator which uses no multiply instructions */ 

static unsigned int x=123456789,y=234567891,z=345678912,w=456789123,c=0; 

unsigned int JKISS32() { 
    int t; 

    y ^= (y<<5); y ^= (y>>7); y ^= (y<<22); 

    t = z+w+c; z = w; c = t < 0; w = t&2147483647; 

    x += 1411392427; 

    return x + y + w; 
}

还有一个网站来测试RNG http://www.phy.duke.edu/~rgb/General/dieharder.php

另一答案

使用the C code用于LFSR113 from L'écuyer：

unsigned int lfsr113_Bits (void)
{
   static unsigned int z1 = 12345, z2 = 12345, z3 = 12345, z4 = 12345;
   unsigned int b;
   b  = ((z1 << 6) ^ z1) >> 13;
   z1 = ((z1 & 4294967294U) << 18) ^ b;
   b  = ((z2 << 2) ^ z2) >> 27; 
   z2 = ((z2 & 4294967288U) << 2) ^ b;
   b  = ((z3 << 13) ^ z3) >> 21;
   z3 = ((z3 & 4294967280U) << 7) ^ b;
   b  = ((z4 << 3) ^ z4) >> 12;
   z4 = ((z4 & 4294967168U) << 13) ^ b;
   return (z1 ^ z2 ^ z3 ^ z4);
}

质量非常高，速度快。不要使用rand（）做任何事情。它比无用还糟糕。

另一答案

这是ANSI C implementation of a few random number generators的链接。

另一答案

我已经制作了一系列随机数生成器“simplerandom”，它们非常紧凑，适用于嵌入式系统。该系列可在C和Python购买。

我环顾四周寻找一些我能找到的简单而体面的东西，然后将它们放在一个小包装里。它们包括几个Marsaglia发电机（KISS，MWC，SHR3）和一些L'Ecuyer LFSR发电机。

所有生成器都返回一个无符号的32位整数，并且通常具有由1到4个32位无符号整数组成的状态。

有趣的是，我发现了Marsaglia发生器的一些问题，我试图修复/改进所有这些问题。那些问题是：

• SHR3发电机（Marsaglia的1999 KISS发电机组件）坏了。
• MWC低16位仅具有大约229.1周期。所以我做了一个稍微改进的MWC，它给出了低16位的259.3周期，这是这个发生器的整个周期。

我发现了一些播种问题，并尝试进行强大的播种（初始化）程序，因此如果你给它们一个“糟糕的”种子值，它们就不会破坏。

另一答案

我推荐David Carta的学术论文Two Fast Implementations of the Minimal Standard Random Number Generator。您可以通过Google找到免费的PDF。关于最小标准随机数发生器的原始论文也值得一读。

Carta的代码在32位机器上提供快速，高质量的随机数。有关更全面的评估，请参阅论文。

另一答案

Mersenne twister

维基百科：

• 它被设计为具有219937-1的周期（算法的创建者证明了这个属性）。在实践中，几乎没有理由使用更长的时间段，因为大多数应用程序不需要219937个唯一组合（219937约为4.3×106001;这比可观察宇宙中估计的粒子数量大许多个数量级，这是1080）。
• 它具有非常高的维度等分布（参见线性同余生成器）。这意味着输出序列中的连续值之间存在可忽略的序列相关性。
• 它通过了许多统计随机性测试，包括Diehard测试。它通过了大多数（但不是全部）更严格的TestU01 Crush随机性测试。
• 链接上提供的许多语言的源代码。

另一答案

我从GNU C库中选择一个，可以在线浏览源代码。

http://qa.coreboot.org/docs/libpayload/rand_8c-source.html

但是，如果您对随机数的质量有任何疑虑，您应该更仔细地编写数学库。这是一个很大的主题，标准的rand实现并没有被专家高度重视。

这是另一种可能性：http://www.boost.org/doc/libs/1_39_0/libs/random/index.html

（如果您发现有太多选项，您可以随时选择一个。）

另一答案

我发现了这个：Simple Random Number Generation, by John D. Cook。

应该很容易适应C，因为它只有几行代码。

编辑：您可以通过“相对高质量”来澄清您的意思。您是在为核发射代码生成加密密钥，还是为扑克游戏生成随机数？

另一答案

更好的是，使用多个线性反馈移位寄存器将它们组合在一起

假设sizeof(unsigned) == 4：

unsigned t1 = 0, t2 = 0;

unsigned random()
{
    unsigned b;

    b = t1 ^ (t1 >> 2) ^ (t1 >> 6) ^ (t1 >> 7);
    t1 = (t1 >> 1) | (~b << 31);

    b = (t2 << 1) ^ (t2 << 2) ^ (t1 << 3) ^ (t2 << 4);
    t2 = (t2 << 1) | (~b >> 31);

    return t1 ^ t2;
}