std::philox_engine

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(C++20)
 
伪随机数生成
 
std::philox_engine
 
在标头 <random> 定义
template<

    class UIntType, std::size_t w, std::size_t n, std::size_t r,
    UIntType... consts
>

class philox_engine;
 (C++26 起)

std::philox_engine 是一个基于计数器的随机数生成引擎。

模板形参

UIntType - 生成器所生成的结果类型。如果它不是 unsigned short、unsigned int、unsigned long 或 unsigned long long 之一，那么效果未定义。
w - 状态序列按位计的字大小
n - 状态序列字数
r - 状态更新轮数
consts - 生成随机数时用到的乘数和轮次常量序列

如果以下值中有 false，那么程序非良构：

  • sizeof...(consts) == n
  • n == 2 || n == 4 || n == 8 || n == 16
  • 0 < r
  • 0 < w && w <= std::numeric_limits<UIntType>::digits

生成器属性

在以下描述中，以 Q
i 表示序列 Q 的第 i 个元素，其中下标从零开始。

philox_engine 的状态的大小是 O(n)，它包含以下四个部分：

  • 包含 n 个整数值的序列 X，其中每个值都在 [​0​, 2w
    ) 中。
  • 此序列用来表示一个 n⋅w 位的无符号整数计数器 Z=∑n-1
    j=0    X⋅2wj
    。
  • 包含 n / 2 个 UIntType 类型键的序列 K。
  • 包含 n 个 UIntType 类型生成值的缓冲区 Y。
  • 缓冲区 Y 中的索引 j。

philox_engine 的变换算法（TA(x
i)）定义如下：

  • 如果 j 不是 n - 1，那么使 j 增加 1。[1]
  • 如果 j 是 n - 1，那么进行一下操作[2]
  1. 生成包含 n 个随机值的新序列（见下文），并将这些值存储在 Y 中。
  2. 使计数器 Z 增加 1。
  3. 重置 j 为 ​0​。

philox_engine 的生成算法是 GA(X
i)=Y
j。

  1. ↑ 这种情况下在下次调用生成算法时会返回缓冲区中的下一个生成值。
  2. ↑ 这种情况下会刷新缓冲区，并且在下次调用生成算法时会返回新缓冲区中的第一个值。

生成随机值

随机数通过以下参数生成：

  • 状态更新轮数 r
  • 当前计数器序列 X
  • 键序列 K
  • 乘数序列 M
  • 轮次常量序列 C

序列 M 和 C 以形参包 consts 中的值组成，各 M
k 和 C
k 常量以 [M
0, C
0, M
1, C
1,... , ..., M
n/2-1, C
n/2-1] 的形式表示。

随机数按以下流程生成：

  1. 以 X 中的元素初始化输出序列 S。
  2. 将 S 中的元素更新 r 轮。
  3. 以 S 中的值替换缓冲区 Y 中的值。

更新输出序列

在每轮更新中，都会以 S 中的元素按以下顺序初始化中间序列 V 中的元素：

 n      V
0     		    V
1     		    V
2     		    V
3     		    V
4     		    V
5     		    V
6     		    V
7     		    V
8     		    V
9     		 V
10  		 V
11  		 V
12  		 V
13  		 V
14  		 V
15 
2 S
0 		S
1 		不适用
4 S
0 		S
3 		S
2 		S
1 		不适用
8 S
2 		S
1 		S
4 		S
7 		S
6 		S
5 		S
0 		S
3 		不适用
16 S
0 		S
9 		S
2 		S
13 		S
6 		S
11 		S
4 		S
15 		S
10 		S
7 		S
12 		S
3 		S
14 		S
5 		S
8 		S
1

给定以下操作表示：

  • xor，内建的逐位异或。
  • mullo，它计算模乘法结果的低半区的值，定义为 mullo(a,b,w)=(a⋅b) mod 2w
    。
  • mulhi，它计算乘法结果的高半区的值，定义为 mulhi(a,b,w)=⌊(a⋅b)/2w
    ⌋    .

设 q 为当前轮数（从零开始），对 [​0​, n / 2) 中的每个整数 k，通过以下方法更新 S 中的元素：

  • X
    2⋅k    =mullo(V
    2⋅k+1    ,M
    k    ,w)
  • X
    2⋅k+1    =mulhi(V
    2⋅k+1    ,M
    k    ,w) xor ((K
    k    +q⋅C
    k    ) mod 2w
    ) xor V
    2⋅k

预定义特化

下列特化定义了两种常用参数集的随机数引擎：

在标头 <random> 定义
类型 定义
philox4x32 (C++26) std::philox_engine<std::uint_fast32_t, 32, 4, 10,
                   0xD2511F53, 0x9E3779B9,
                   0xCD9E8D57, 0xBB67AE85>
philox4x64 (C++26) std::philox_engine<std::uint_fast64_t, 64, 4, 10,
                   0xD2E7470EE14C6C93, 0x9E3779B97F4A7C15,
                   0xCA5A826395121157, 0xBB67AE8584CAA73B>

嵌套类型

类型 定义
result_type UIntType

数据成员

constexpr std::size_t word_size
[静态]
 w
(公开静态成员常量)
constexpr std::size_t word_count
[静态]
 n
(公开静态成员常量)
constexpr std::size_t round_count
[静态]
 r
(公开静态成员常量)
constexpr std::array<result_type, word_count / 2> multipliers
[静态]
 乘数序列 M
(公开静态成员常量)
constexpr std::array<result_type, word_count / 2> round_consts
[静态]
 轮次常量序列 C
(公开静态成员常量)
constexpr std::uint_least32_t default_seed
[静态]
 20111115u
(公开静态成员常量)

成员函数

构造与播种
(C++26)
 构造引擎
(公开成员函数)
(C++26)
 设置引擎的当前状态
(公开成员函数)
(C++26)
 设置引擎的当前计数器
(公开成员函数)
生成
(C++26)
 推进引擎状态并返回生成的值
(公开成员函数)
(C++26)
 令引擎状态前进指定量
(公开成员函数)
特征
[静态] (C++26)
 获取输出范围中的最小可能值
(公开静态成员函数)
[静态] (C++26)
 获取输出范围中的最大可能值
(公开静态成员函数)

非成员函数

(C++26)
 比较两个伪随机数引擎的内部状态
(函数)
(C++26)
 执行伪随机数引擎的流输入和输出
(函数模板)

注解

功能特性测试宏 值 标准 功能特性
__cpp_lib_philox_engine 202406L (C++26) std::philox_engine

示例

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原因：暂无示例
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