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

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,32,624,397,31,2567483615,11,4294967295,7,2636928640,15,4022730752,18,1812433‌253> >

Answer 1

如果确实是生成器导致性能下降那么使用普通的rand函数（需要成对绘制数字），将0、1转换为float或double然后应用 Box Muller 变换。

这在时间上很难被击败，但请注意，统计属性并不比 rand。

gasdev 的数字食谱例程可以执行此操作 - 您应该可以下载一份副本。

Answer 2

您还需要查看 std::vector 储备而不是调整大小。它将让您一次性获得所需的所有内存。我假设您不需要一次所有 1 亿个双打？

Answer 3

最重要的是，你真的需要同时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 spent/lost.

在哪里，请分析您的代码

其次，你应该避免不必要的数据重新分配和初始化。结合使用 std::vector::reserve(final_size) 和 std::vector::push_back().

最容易做到这一点

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 says that the lagged Fibonacci generator (implemented in std:: subtract_with_carry_engine) is fast, but it may not have a long enough recurrence period -- you must check this. Alternatively, you may want to use std::min_stdrand (which uses the 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;
}

C++ 快速正态随机数生成器

C++ fast normal random number generator

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