我正在用 C 编写一些嵌入式代码，需要使用 rand() 函数。不幸的是，控制器的库中不支持 rand()。我需要一个快速的简单实现，但更重要的是空间开销很小，可以产生相对高质量的随机数。有谁知道使用哪种算法或示例代码？
编辑：它用于图像处理，因此“相对高质量”意味着合适的周期长度和良好的均匀特性。
【问题讨论】：
查看来自 George Marsaglia 的 collection of random number generators。他是随机数生成方面的领先专家，所以我有信心使用他推荐的任何东西。该列表中的生成器很小，有些只需要几个 unsigned long 作为状态。
Marsaglia 的发电机绝对是“高质量”的，以您的长周期和良好均匀分布的标准。他们通过了严格的统计测试，尽管他们不会通过密码学。
【讨论】：
TestU01 RNG tests 中仍然表现良好，通过了测试，甚至 L'Ecuyer 自己的一些 RNG（例如 LFSR113）也失败了。
将the C code 用于LFSR113 from L'écuyer：
unsigned int lfsr113_Bits (void)
{
static unsigned int z1 = 12345, z2 = 12345, z3 = 12345, z4 = 12345;
unsigned int b;
b = ((z1 << 6) ^ z1) >> 13;
z1 = ((z1 & 4294967294U) << 18) ^ b;
b = ((z2 << 2) ^ z2) >> 27;
z2 = ((z2 & 4294967288U) << 2) ^ b;
b = ((z3 << 13) ^ z3) >> 21;
z3 = ((z3 & 4294967280U) << 7) ^ b;
b = ((z4 << 3) ^ z4) >> 12;
z4 = ((z4 & 4294967168U) << 13) ^ b;
return (z1 ^ z2 ^ z3 ^ z4);
}
非常高质量和快速。不要将 rand() 用于任何事情。 比没用还糟糕。
【讨论】：
这是一个指向 ANSI C implementation of a few random number generators 的链接。
【讨论】：
我制作了一系列随机数生成器“simplerandom”，它们紧凑且适用于嵌入式系统。该集合在C 和Python 中可用。
我到处找了一堆我能找到的简单而体面的东西，然后把它们放在一个小包装里。它们包括几个 Marsaglia 发生器（KISS、MWC、SHR3）和几个 L'Ecuyer LFSR。
所有生成器都返回一个无符号 32 位整数，并且通常具有由 1 到 4 个 32 位无符号整数组成的状态。
有趣的是，我发现 Marsaglia 生成器存在一些问题，我已尝试修复/改进所有这些问题。这些问题是：
我发现了一些有关播种的问题，并尝试制定稳健的播种（初始化）程序，因此如果您给它们一个“坏”的种子值，它们也不会中断。
【讨论】：
我推荐 David Carta 的学术论文Two Fast Implementations of the Minimal Standard Random Number Generator。您可以通过 Google 找到免费的 PDF。 Minimal Standard Random Number Generator 的原始论文也值得一读。
Carta 的代码在 32 位机器上提供快速、高质量的随机数。如需更全面的评估，请参阅论文。
【讨论】：
来自维基百科：
它通过了许多统计随机性测试，包括 Diehard 测试。它通过了大多数（但不是全部）更严格的 TestU01 Crush 随机性测试。
链接上提供了多种语言的源代码。
【讨论】：
我会从 GNU C 库中获取一个，源代码可以在线浏览。
http://qa.coreboot.org/docs/libpayload/rand_8c-source.html
但是，如果您对随机数的质量有任何顾虑，您可能应该查看更仔细编写的数学库。这是一个很大的主题，标准的rand 实现并没有得到专家的高度评价。
这是另一种可能性：http://www.boost.org/doc/libs/1_39_0/libs/random/index.html
（如果你发现你有太多选择，你总是可以随机选择一个。）
我发现了这个：Simple Random Number Generation, by John D. Cook。
它应该很容易适应 C，因为它只有几行代码。
编辑：您可以澄清“相对高质量”的含义。您是为核发射代码生成加密密钥，还是为扑克游戏生成随机数？
【讨论】：
更好的是，使用多个线性反馈移位寄存器将它们组合在一起。
假设sizeof(unsigned) == 4:
unsigned t1 = 0, t2 = 0;
unsigned random()
{
unsigned b;
b = t1 ^ (t1 >> 2) ^ (t1 >> 6) ^ (t1 >> 7);
t1 = (t1 >> 1) | (~b << 31);
b = (t2 << 1) ^ (t2 << 2) ^ (t1 << 3) ^ (t2 << 4);
t2 = (t2 << 1) | (~b >> 31);
return t1 ^ t2;
}
【讨论】：
标准解决方案是使用linear feedback shift register。
【讨论】：
有一个简单的RNG命名为KISS，它是一个根据三个数字生成的随机数。
/* Implementation of a 32-bit KISS generator which uses no multiply instructions */
static unsigned int x=123456789,y=234567891,z=345678912,w=456789123,c=0;
unsigned int JKISS32() {
int t;
y ^= (y<<5); y ^= (y>>7); y ^= (y<<22);
t = z+w+c; z = w; c = t < 0; w = t&2147483647;
x += 1411392427;
return x + y + w;
}
还有一个测试RNG的网站http://www.phy.duke.edu/~rgb/General/dieharder.php
【讨论】：