使用 mt19937_64 为多线程蒙特卡罗模拟生成随机数

Question

我正在多个线程上运行蒙特卡罗模拟。我有一个处理随机数生成的 Draw 类。它使用mt19937-64作为std::uniform_real_distribution的生成器。

template<typename T, typename R>
class Draw {
    T _dist;
    typedef decltype(_dist.min()) result_type;

    public:
    // Draw : T R -> Draw
    //! GIVEN
    //!   1. dist - A distribution.
    //!   2. gen - A random number generator.
    Draw(T dist, R gen) : _dist(dist), _gen(gen) {}

    virtual ~Draw() = default;

    // () : -> Value
    //! GIVEN
    //! RETURNS
    //! value drawn from the distribution, which can be any result type
    //!   supported by the distribution.
    result_type operator()() const { return _draw(); }

    // seed : NonNegInt -> Void
    //! GIVEN
    //!   1. seed - A random number generator (RNG) seed.
    //! EFFECT
    //!   Seeds the RNG with the given seed.
    void seed(unsigned long seed) { _gen.seed(seed);}

    private:
    R _gen;

    // draw : -> Value
    // GIVEN:
    // RETURNS: A value drawn from the distribution, which can be any result
    //          type supported by the distribution.
    std::function<result_type()> _draw = bind(_dist,_gen);
};

// standard uniform distribution ~ Unif(a=0, b=1)
class DrawUnif :
public Draw<std::uniform_real_distribution<double>,std::mt19937_64>
{
    typedef std::mt19937_64 genny;
    typedef std::chrono::system_clock clk;
    typedef std::uniform_real_distribution<double> dist;

    public:
    DrawUnif() :
      Draw(dist{0,1}, genny(clk::now().time_since_epoch().count())) {}

    //! GIVEN
    //! -----
    //!   1. seed - A seed for the random number generator.
    DrawUnif(unsigned long seed) : Draw(dist{0,1}, genny(seed)) {}

     virtual ~DrawUnif() = default;
};

每个线程都可以访问下面的共享指针

  typedef std::shared_ptr<DrawUnif> DrawUnifShrPtr;
  DrawUnifShrPtr    _unif;

由哪个初始化

_unif(DrawUnifShrPtr(new DrawUnif { seed }));

每个线程都有几个函数，它们经常调用draw(*_unif) 来生成一个随机数。结果似乎正确，但我想知道是否有两个线程调用

draw(*_unif) 

同时，会发生什么？

然后我为每个队列分配了一个具有不同种子的新 shared_pointer：

 _unif(std::make_shared<DrawUnif>(*c._unif));
 _unif->seed(a_new_seed);

现在结果看起来很奇怪！每个线程都得到完全相同的随机！数字并提供完全相同的结果。 总结一下：

1- 如果多个胎面同时调用平局会发生什么？

2- 为什么不同的种子会得到完全相同的结果。

Answer 1

STL 中的随机数支持不是线程安全的。您可以添加它（以牺牲一些运行时性能为代价），或者为每个线程使用单独的随机数生成器。每个线程的生成器都需要一个不同的种子。在最简单的形式中，这可以通过增加每个新线程的种子值来实现，但是如果新的模拟运行得太快，则会存在重复序列的风险。您还可以通过适当的常数缩放现有种子值，然后将线程索引添加到它。或者您可以查看seed_sequences，并使用线程索引或 id 作为序列的辅助输入。