<random> генерує таке саме число в Linux, але не в Windows

Question 1

Наведений нижче код призначений для створення списку з п’яти псевдовипадкових чисел в інтервалі [1100]. Я Насіння default_random_engineз time(0), яка повертає системний час в UNIX час . Коли я компілюю та запускаю цю програму в Windows 7 за допомогою Microsoft Visual Studio 2013, вона працює належним чином (див. Нижче). Однак, коли я це роблю в Arch Linux із компілятором g ++, це поводиться дивно.

У Linux щоразу буде генеруватися 5 чисел. Останні 4 числа будуть різними при кожному виконанні (як це часто буває), але перше число залишатиметься незмінним.

Приклад результату з 5 виконань у Windows та Linux:

      | Windows:       | Linux:        
---------------------------------------
Run 1 | 54,01,91,73,68 | 25,38,40,42,21
Run 2 | 46,24,16,93,82 | 25,78,66,80,81
Run 3 | 86,36,33,63,05 | 25,17,93,17,40
Run 4 | 75,79,66,23,84 | 25,70,95,01,54
Run 5 | 64,36,32,44,85 | 25,09,22,38,13

Додаючи загадки, перше число періодично збільшується на одиницю в Linux. Отримавши вищезазначені результати, я зачекав близько 30 хвилин і знову спробував виявити, що 1-е число змінилося і тепер завжди генерується як 26. Він продовжує періодично збільшуватися на 1 і зараз становить 32. Здається, це відповідає зі змінним значенням time(0).

Чому перше число рідко змінюється між циклами, а потім, коли воно змінюється, збільшується на 1?

Код. Він акуратно роздруковує 5 чисел і системний час:

#include <iostream>
#include <random>
#include <time.h>

using namespace std;

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    time_t system_time = time(0);    

    default_random_engine e(system_time);
    uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    cout << '#' << '\t' << "system time" << endl
         << "-------------------" << endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);
        cout << secret << '\t' << system_time << endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

Question 2

Ось що відбувається:

default_random_engineу libstdc ++ (стандартна бібліотека GCC) є minstd_rand0, що є простим лінійним конгруентним механізмом:
```
typedef linear_congruential_engine<uint_fast32_t, 16807, 0, 2147483647> minstd_rand0;
```
Спосіб генерації випадкових чисел цим механізмом є x _{i + 1} = (16807x _i + 0) mod 2147483647.
Отже, якщо насіння відрізняються на 1, то більшість випадків перше сформоване число буде відрізнятися до 16807.
Діапазон даного генератора становить [1, 2147483646]. Спосіб відображення libstdc ++ uniform_int_distributionу ціле число в діапазоні [1, 100] є, по суті, таким: генерує число n. Якщо число не більше 2147483600, поверніть (n - 1) / 21474836 + 1; інакше спробуйте ще раз із новим номером.
Легко помітити, що у переважній більшості випадків два ns, які відрізняються лише на 16807 р., Дадуть таку ж кількість у [1, 100] за цією процедурою. Насправді можна було б очікувати, що сформоване число збільшиться на одиницю приблизно кожні 21474836/16807 = 1278 секунд або 21,3 хвилини, що досить добре узгоджується з вашими спостереженнями.

MSVC default_random_engineє mt19937, який не має цієї проблеми.

Question 3

Визначення std::default_random_engineреалізації. Використовуйте std::mt19937або std::mt19937_64замість цього.

Крім того, std::timeі ctimeфункції не дуже точні, використовуйте <chrono>замість них типи, визначені в заголовку:

#include <iostream>
#include <random>
#include <chrono>

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    auto t = std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count();

    std::mt19937 e;
    e.seed(static_cast<unsigned int>(t)); //Seed engine with timed value.
    std::uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    std::cout << '#' << '\t' << "system time" << std::endl
    << "-------------------" << std::endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);

        std::cout << secret << '\t' << t << std::endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

Question 4

У Linux випадкова функція - це не випадкова функція в імовірнісному сенсі шляху, а генератор псевдовипадкових чисел. Його солять насінням, і виходячи з цього насіння, отримані числа є псевдовипадковими та рівномірно розподіленими. Спосіб Linux має ту перевагу, що при розробці певних експериментів із використанням інформації з популяцій можна виміряти повторення експерименту з відомими налаштуваннями вхідної інформації. Коли остаточна програма готова до реального тестування, сіль (насіння) можна створити, попросивши користувача перемістити мишу, змішати рух миші з деякими натисканнями клавіш і додати тире мікросекунд з початку останнє включення.

Насіння випадкових чисел Windows отримується з колекції номерів миші, клавіатури, мережі та часу доби. Це не повторюється. Але це значення солі може бути скинуто до відомого насіння, якщо, як уже згадувалося вище, хтось бере участь у розробці експерименту.

О так, Linux має два генератори випадкових чисел. Один, за замовчуванням - за модулем 32 біта, а інший - за модулем 64 біта. Ваш вибір залежить від потреб у точності та кількості обчислювального часу, який ви хочете витратити на тестування або фактичне використання.