random_shuffle 算法 - 在没有随机生成器函数的情况下产生相同的结果吗？答案

【问题标题】：random_shuffle algorithm - are identical results produced without random generator function?random_shuffle 算法 - 在没有随机生成器函数的情况下产生相同的结果吗？
【发布时间】：2011-08-09 16:52:07
【问题描述】：

如果标准库中的 random_shuffle 算法没有提供随机生成器函数，如果提供相同的数据，程序的连续运行是否会产生相同的随机序列？

例如，如果

std::random_shuffle(filenames.begin(), filenames.end());

在程序的连续运行中对目录中的相同文件名列表执行，随机序列产生的随机序列是否与先前运行中的相同？

【问题讨论】：

你知道的，你可以试试看... 排队讨论随机播种 :)
我确实得到了相同的结果——只是试图确保这是预期的行为。当然，答案也可能是“是的，这发生了，但这是一个意外，因为行为是未定义的。”
BTW std::random_shuffle 在 C++14 中被弃用并在 C++17 中被移除。这是一个更好的方法：stackoverflow.com/a/16969267/2151446

标签： c++ standard-library

【解决方案1】：

如果您使用相同的随机生成器，具有相同的种子和相同的起始顺序，结果是一样的。毕竟，电脑是其行为具有确定性（模线程问题和其他一些零碎的东西）。

如果不指定生成器，则默认生成器为实现定义。我认为大多数实现都使用 std::rand()（这可能会导致问题，特别是当序列中的元素大于RAND_MAX)。我会推荐获得质量已知的生成器并使用它。

如果您没有正确地为正在使用的生成器播种（另一个不使用默认值的理由，因为你如何播种将取决于实施），然后你会得到你得到的。如果是 std::rand()，默认总是使用相同的种子。你如何播种取决于使用的发电机。你用来播种的应该是不同的从一场跑到另一场；对于许多应用程序，time(NULL) 是充足的;在 Unix 平台上，我建议阅读很多字节它来自/dev/random。否则，散列其他信息（IP 机器的地址，进程ID等）也可以改善事情---它意味着两个用户在同一秒启动程序仍然会得到不同的序列。（但这真的只是相关的如果您在网络环境中工作。）

【讨论】：

我认为std::rand 对于大多数程序来说已经足够了。显然，如果你在玩扑克或密码学，你会想要一个更好的算法。
@Billy：RAND_MAX 的值很重要。在 Windows 上它只有 32k，所以也许“大多数程序”只需要小的随机数，但你仍然需要注意限制，你不能认为“我不需要密码安全的不可预测性，因此我可以使用 @ 987654328@".
事实上，我主要考虑的是RAND_MAX 的值（尽管我见过rand 的实现非常非常糟糕）。如果你有超过 32k 的元素，当然，使用rand() 会严重扭曲事情，但是由于实现必须将值映射到[0...n)，除非元素的数量比RAND_MAX 少得多，否则会有明显的偏斜。

【解决方案2】：

25.2.11 只是说元素是均匀分布的。它不保证在幕后使用哪个 RNG（除非您传入一个），因此您不能依赖任何此类行为。

为了保证相同的随机播放结果，您需要提供自己的 RNG 来提供这些保证，但我怀疑即使您更新标准库，random_shuffle 算法本身也可能会改变效果。

【讨论】：

+1，虽然我不知道“不幸”。即使标准对所使用的 RNG 有所说明，我也希望它允许实现使用rand()。所以至少，之前对srand() 和rand() 的调用在每次运行时都需要相同，以使结果相同。另外，请注意random_shuffle 的定义实际上并没有说它使用第三个参数;-)
@Steve Jessop 说得好，我将删除这个词作为主观词。
我注意到的一件事是，无论默认的 RNG 是什么，它在初始化时总是以相同的值作为种子。在使用 std::random_shuffle 之前不调用 srand()，第一次调用它总是会在同一个容器上产生相同的结果。
@Sean：这是通常的方式，因为rand() 需要在程序启动时表现得与使用srand(0) 播种的行为相同。因此，任何使用rand() 的random_shuffle 实现都会像您观察到的那样运行。一个 linux 实现可以直接从 /dev/random 读取，或者（为了不那么反社会）从 /dev/urandom 播种 PRNG，但是我在我的机器上的 gcc 实现只是使用rand().

【解决方案3】：

您可以在每次运行程序时产生相同的结果。如果这是一个问题，您可以添加一个自定义随机数生成器（可以从外部源播种）作为附加参数 std::random_shuffle。该函数将是第三个参数。有些人推荐在random_shuffle 之前调用srand(unsigned(time(NULL)));，但结果通常是实现定义的（并且不可靠）。

【讨论】：

人们当然会打电话给srand(unsigned(time(NULL))); 但我还没有听到任何人推荐它！
关于unsigned(time(NULL))：令人厌烦的迂腐，但C++ 允许time_t 成为浮点类型，并且将超出范围的浮点值转换为整数类型是未定义的行为。愚蠢，因为time_t 的指定比任何人真正需要的都更松散，但它确实存在。关于可移植性的另一个事实，实际上没有人需要知道:-)