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std::philox_engine

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(C++20)
 
伪随机数生成
 
std::philox_engine
 
定义在头文件 <random> 中
template<

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

class philox_engine;
 (自 C++26 起)

std::philox_engine 是一个基于计数器的随机数引擎。

内容

[编辑] 模板参数

UIntType - 生成器生成的結果類型。如果此類型不是 unsigned short、unsigned int、unsigned long 或 unsigned long long 之一，則行為未定義。
w - 以位为单位的字大小
n - 字计数
r - 回合计数
consts - 用于生成随机数的乘数和回合常数序列

如果以下任何值不为 true，程序将形成错误

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

[编辑] 生成器属性

在以下描述中，设 Q
i 表示序列 Q 的第 i 个元素，下标从零开始。

philox_engine 状态的大小为 O(n)，每个状态都包含四个部分

  • 一个 n 个整数值的序列 X，其中每个值都在 [​0​, 2w
    ) 中。
  • 此序列表示一个大的无符号整数计数器值 Z=∑n-1
    j=0    X⋅2wj
    ，包含 n⋅w 位。
  • 一个 n / 2 个类型为 UIntType 的键的序列 K。
  • 一个包含 n 个类型为 UIntType 的生成值的缓冲区 Y。
  • 在 Y 缓冲区中的索引 j。

philox_engine 的转换算法 (TA(X
i)) 定义如下

  • 如果 j 不等于 n - 1，则将 j 增加 1。[1]
  • 如果 j 等于 n - 1，则执行以下操作：[2]
  1. 生成一个新的包含 n 个随机值的序列（见下文）并将其存储在 Y 中。
  2. 将计数器 Z 增加 1。
  3. 将 j 重置为 ​0​。

philox_engine 的生成算法 为 GA(X
i)=Y
j.

  1. ↑ 在这种情况下，下一个生成算法调用将返回缓冲区中下一个生成的的值。
  2. ↑ 在这种情况下，缓冲区将刷新，下一个生成算法调用将返回新缓冲区中的第一个值。

[编辑] 生成随机值

随机值从以下参数生成

  • 回合数 r
  • 当前计数器序列 X
  • 密钥序列 K
  • 乘数序列 M
  • 回合常数序列 C

序列 M 和 C 由模板参数包 consts 中的值形成，它表示 M
k 和 C
k 常数，如 [M
0, C
0, M
1, C
1,... , ..., M
n/2-1, C
n/2-1].

随机数通过以下过程生成

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

[编辑] 更新输出序列

对于每一轮更新，一个中间序列 V 用 S 的元素按特定顺序初始化

 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		 N/A
4 S
0		 S
3		 S
2		 S
1		 N/A
8 S
2		 S
1		 S
4		 S
7		 S
6		 S
5		 S
0		 S
3		 N/A
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

给定以下操作符号

  • xor，内置 按位异或。
  • mullo，它计算模乘的低半部分，定义为 mullo(a,b,w)=(a⋅b) mod 2w
    。
  • mulhi，它计算乘法的上半部分，定义为 mulhi(a,b,w)=⌊(a⋅b)/2w
    ⌋    。

令 q 为当前回合数（从零开始），对于 [​0​, n / 2) 中的每个整数 k，输出序列 S 的元素按如下方式更新

  • 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

[编辑] 预定义特化

以下特化定义了具有两个常用参数集的随机数引擎

定义在头文件 <random> 中
类型 定义
philox4x32 (C++26) std::philox_engine<std::uint_fast32_t, 32, 4, 10,
                   0xD2511F53, 0x9E3779B9,
                   0xCD9E8D57, 0xBB67AE85>[编辑]
philox4x64 (C++26) std::philox_engine<std::uint_fast64_t, 64, 4, 10,
                   0xD2E7470EE14C6C93, 0x9E3779B97F4A7C15,
                   0xCA5A826395121157, 0xBB67AE8584CAA73B>[编辑]

[编辑] 嵌套类型

类型 定义
result_type UIntType

[编辑] 数据成员

constexpr std::size_t word_size
[静态]
 w
(公共静态成员常量)
constexpr std::size_t word_count
[静态]
 n
(公共静态成员常量)
constexpr std::size_t round_count
[静态]
 r
(公共静态成员常量)
constexpr std::array<result_type, word_count / 2> multipliers
[静态]
 乘数序列 M（参见生成随机值部分）
(公共静态成员常量)
constexpr std::array<result_type, word_count / 2> round_consts
[静态]
 舍入常数序列 C（参见生成随机值部分）
(公共静态成员常量)
constexpr std::uint_least32_t default_seed
[静态]
 20111115u
(公共静态成员常量)

[编辑] 成员函数

构造和播种
(C++26)
 构造引擎
(公有成员函数) [编辑]
(C++26)
 设置引擎的当前状态
(公有成员函数) [编辑]
(C++26)
 设置引擎的当前计数器
(公有成员函数) [编辑]
生成
(C++26)
 推进引擎的状态并返回生成的数值
(公有成员函数) [编辑]
(C++26)
 按指定数量推进引擎的状态
(公有成员函数) [编辑]
特征
[静态] (C++26)
 获取输出范围内的最小可能值
(公有静态成员函数) [编辑]
[静态] (C++26)
 获取输出范围内的最大可能值
(公有静态成员函数) [编辑]

[编辑] 非成员函数

(C++26)
 比较两个伪随机数引擎的内部状态
(函数) [编辑]
(C++26)
 对伪随机数引擎执行流输入和输出
(函数模板) [编辑]

[编辑] 注释

功能测试 宏 值 Std 功能
__cpp_lib_philox_engine 202406L (C++26) std::philox_engine

[编辑] 示例

本节内容尚未完善
原因：没有示例
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