通过构造函数错误地播种 Mersenne Twister

Question

我的构造函数有什么问题？每次我调用一个应该生成随机数的函数（大约每五秒一次）时，它都会生成相同的数字。每个调用都会实例化以下这些对象之一。我以为我是用m_rd 的operator() 调用的输出随机播种m_gen。

我可以将m_rd() 的结果传递给构造函数吗？签名会是什么？ Shuffler(std::random device& rd)?但这对用户来说会更加困难。

编辑：

实际上，如果可能的话，我更喜欢不需要向构造函数传递任何内容的解决方案。

shuffler.h

#include <random>

class Shuffler
{
private:
    std::random_device m_rd;
    std::mt19937 m_gen;
public:

    //! The default constructor. 
    Shuffler();

};

shuffler.cpp

#include "shuffler.h"

Shuffler::Shuffler() : m_gen(m_rd())
{
}

Answer 1

std::random_device 通常适用于这类事情，但它可能并不适用于所有平台。虽然大多数平台的标准库根据一些底层操作系统随机功能（即 Linux 上的 /dev/urandom 或 Windows 上的 CryptGenRandom）来实现它，但 C++ 标准并不要求这样做。在某些平台上，可能根本无法使用高质量的随机生成器，而标准允许 std::random_device 是一个简单的静态种子 PRNG。如果是，每个std::random_device 对象都会生成相同的数字序列。

出于这些原因，您可能希望回到简单的时间播种。标准 提供std::chrono::high_resolution_clock:

class Shuffler
{
private:
    std::mt19937 m_gen;
public:
    Shuffler()
        : m_gen{static_cast<std::uint32_t>(
              std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count()
          )}
    {}
};

std::chrono::high_resolution_clock 通常具有纳秒或数百纳秒的分辨率。这足够高，通过调用high_resolution_clock 播种的两个 PRNG 不太可能最终使用相同的种子。但是，这也不能保证。例如，std::chrono::high_resolution_clock 在 macOS 上只有微秒级的分辨率，这对于您的目的可能不够好，也可能不够好。

最后，这两种方法都不是完美的。您可能想使用std::seed_seq 将两者结合起来：

std::seed_seq make_seeds() {
    thread_local std::random_device rd;
    return {{
        static_cast<std::uint32_t>(std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count()),
        rd()
    }};
}

// Cast away rvalue-ness because the standard random generators need
// an lvalue reference to their seed_seq for some strange reason
template <typename T>
T& identity(T&& t) { return t; }

class Shuffler
{
private:
    std::mt19937 m_gen;
public:
    Shuffler()
        : m_gen{identity(make_seeds())}
    {}
};

如您所见，这远非简单，而且还不完美。请参阅theseblogposts，了解有关播种和随机数生成器的更多信息，然后您会认为自己想要。

Answer 2

就像在这个example 中一样，你必须播种它，而random_device 似乎没有效果^*：

// do this once somewhere
unsigned seed = std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();


class Shuffler
{
private:
    std::mt19937 m_gen;
public:
    Shuffler()  : m_gen(seed) {}

};

*如here 所述，random_device 不是种子序列！