Итак, я увидел доклад под названием rand () Считается вредным, и он выступал за использование парадигмы механизма распределения генерации случайных чисел std::rand()вместо парадигмы простого плюс модуля.
Однако я хотел увидеть недостатки из std::rand()первых рук, поэтому провел небольшой эксперимент:
- В принципе, я написал 2 функции
getRandNum_Old()и ,getRandNum_New()что генерируется случайное число в диапазоне от 0 до 5 включительно , используяstd::rand()иstd::mt19937+std::uniform_int_distributionсоответственно. - Затем я сгенерировал 960 000 (делимых на 6) случайных чисел «старым» способом и записал частоты чисел 0-5. Затем я вычислил стандартное отклонение этих частот. Я ищу как можно более низкое стандартное отклонение, поскольку именно это произошло бы, если бы распределение было действительно равномерным.
- Я запустил это моделирование 1000 раз и записал стандартное отклонение для каждого моделирования. Я также записал время в миллисекундах.
- Впоследствии я сделал то же самое снова, но на этот раз сгенерировал случайные числа «новым» способом.
- Наконец, я вычислил среднее и стандартное отклонение списка стандартных отклонений как для старого, так и для нового способа, а также среднее и стандартное отклонение для списка времен, взятых как для старого, так и для нового способа.
Вот результаты:
[OLD WAY]
Spread
mean: 346.554406
std dev: 110.318361
Time Taken (ms)
mean: 6.662910
std dev: 0.366301
[NEW WAY]
Spread
mean: 350.346792
std dev: 110.449190
Time Taken (ms)
mean: 28.053907
std dev: 0.654964
Удивительно, но совокупный разброс валков был одинаковым для обоих методов. Т.е., std::mt19937+ std::uniform_int_distributionне был «более однородным», чем простой std::rand()+ %. Еще одно наблюдение, которое я сделал, заключалось в том, что новый был примерно в 4 раза медленнее, чем старый. В целом, казалось, что я плачу огромную цену за скорость почти без прироста качества.
Есть ли какие-то недостатки в моем эксперименте? Или std::rand()действительно не все так плохо, а может даже лучше?
Для справки, вот код, который я использовал полностью:
#include <cstdio>
#include <random>
#include <algorithm>
#include <chrono>
int getRandNum_Old() {
static bool init = false;
if (!init) {
std::srand(time(nullptr)); // Seed std::rand
init = true;
}
return std::rand() % 6;
}
int getRandNum_New() {
static bool init = false;
static std::random_device rd;
static std::mt19937 eng;
static std::uniform_int_distribution<int> dist(0,5);
if (!init) {
eng.seed(rd()); // Seed random engine
init = true;
}
return dist(eng);
}
template <typename T>
double mean(T* data, int n) {
double m = 0;
std::for_each(data, data+n, [&](T x){ m += x; });
m /= n;
return m;
}
template <typename T>
double stdDev(T* data, int n) {
double m = mean(data, n);
double sd = 0.0;
std::for_each(data, data+n, [&](T x){ sd += ((x-m) * (x-m)); });
sd /= n;
sd = sqrt(sd);
return sd;
}
int main() {
const int N = 960000; // Number of trials
const int M = 1000; // Number of simulations
const int D = 6; // Num sides on die
/* Do the things the "old" way (blech) */
int freqList_Old[D];
double stdDevList_Old[M];
double timeTakenList_Old[M];
for (int j = 0; j < M; j++) {
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::fill_n(freqList_Old, D, 0);
for (int i = 0; i < N; i++) {
int roll = getRandNum_Old();
freqList_Old[roll] += 1;
}
stdDevList_Old[j] = stdDev(freqList_Old, D);
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto dur = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end-start);
double timeTaken = dur.count() / 1000.0;
timeTakenList_Old[j] = timeTaken;
}
/* Do the things the cool new way! */
int freqList_New[D];
double stdDevList_New[M];
double timeTakenList_New[M];
for (int j = 0; j < M; j++) {
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::fill_n(freqList_New, D, 0);
for (int i = 0; i < N; i++) {
int roll = getRandNum_New();
freqList_New[roll] += 1;
}
stdDevList_New[j] = stdDev(freqList_New, D);
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto dur = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end-start);
double timeTaken = dur.count() / 1000.0;
timeTakenList_New[j] = timeTaken;
}
/* Display Results */
printf("[OLD WAY]\n");
printf("Spread\n");
printf(" mean: %.6f\n", mean(stdDevList_Old, M));
printf(" std dev: %.6f\n", stdDev(stdDevList_Old, M));
printf("Time Taken (ms)\n");
printf(" mean: %.6f\n", mean(timeTakenList_Old, M));
printf(" std dev: %.6f\n", stdDev(timeTakenList_Old, M));
printf("\n");
printf("[NEW WAY]\n");
printf("Spread\n");
printf(" mean: %.6f\n", mean(stdDevList_New, M));
printf(" std dev: %.6f\n", stdDev(stdDevList_New, M));
printf("Time Taken (ms)\n");
printf(" mean: %.6f\n", mean(timeTakenList_New, M));
printf(" std dev: %.6f\n", stdDev(timeTakenList_New, M));
}