如何向C中的位数组添加随机噪声？答案

【问题标题】：How to add random noise to an array of bits in C?如何向C中的位数组添加随机噪声？
【发布时间】：2021-03-18 14:17:03
【问题描述】：

我有一个预定大小的整数数组，所有值都是 1 或 0，因此代表一个位序列。我想以恒定的概率相互独立地随机“翻转”数组中的位（例如，千分之一的机会翻转位 i），但我需要以一种计算有效的方式来完成，而不是通过滚动每一位单独。有没有在C中做到这一点的好方法？我想过单独随机化错误的数量，然后选择随机索引来翻转，但我不确定如何随机化错误的数量开始......

【问题讨论】：

您是否尝试过实现并验证它的性能不够好？
所以你想比for (i...) bit[i] ^= (rand() < (RAND_MAX / 1000));更有效率
任何与数组大小非线性的解决方案都将不胜感激
“千分之一的翻转机会”和“数组大小非线性”是不兼容的目标。
比特翻转的平均数是比特总数乘以单个比特翻转的概率。您可以通过随机调整平均值（例如正负 10%）来改变要执行的实际位翻转次数。理想情况下，应使用原始均值从泊松累积分布中随机选择位翻转次数。来自 GNU Scientific Library 的 gsl_ran_poisson 函数可以用于此目的。一旦有了要翻转的位数，就可以随机生成每个翻转位的位置，并且最好是唯一的。

标签： c random

【解决方案1】：

这是一个相当快的方法：

int array[10000];

for(int i=0; i<10; i++) {
    int index = rand() % 10000;
    array[index] = 1 - array[index]; // Flip between 1 and 0
}

它不是 100% 等同于您想要的，但应该足够好。由于您希望有 0.1% 的机会翻转一点，因此只需通过随机化索引来翻转 1000 次中的 1 次。如果你把同样的东西翻转两次，这并不重要。

如果您想要更多随机性，请执行以下操作：

int r = rand() % 4;
for(int i=0; i < 8+r; i++) {
    ...

任何与数组大小非线性的解决方案都会受到赞赏

从技术上讲，这种方法也是线性的。但仍然比随机化每个单独的元素快 1000 倍。但是，您想要的噪音越多，它就会越慢。

您可以通过将int 数组更改为char 数组来使此代码对缓存更加友好。既然你只想要 1 或 0，那就行了。

【讨论】：