自定义随机数生成器

Question

是否有可能获得一个非常快速但可靠的（相同的输入 = 相同的输出，所以我不能使用时间）伪随机数生成器？我希望最终结果类似于float NumGen( int x, int y, int seed );，以便它根据这三个值创建一个介于 0 和 1 之间的随机数。我找到了几个随机数生成器，但我无法让它们工作，而且 Unity 附带的随机数生成器使用起来很慢。每 1 米地形我必须对生成器进行大约 9 次调用，所以我真的不在乎它是否在统计上不是完全随机的，只是它运行得非常快。有谁知道适合我需要的算法？谢谢:)

Answer 1

我认为你低估了System.Random 类。这是相当快的。我相信您的减速与在每次调用您的 NumGen 方法时创建 Random 类的新实例有关。

在我的快速测试中，我能够在大约 1 毫秒内使用 System.Random 生成 100,000 个随机数。

为避免减速，请考虑 2D 平面中的种子点。分散种子点，使它们覆盖的距离不超过 100,000 米。然后关联（或计算）每米最近的种子点，并将该点用作System.Random 的种子。

是的，您将生成大量您永远不会使用的随机数，但它们实际上是免费的。

伪代码：

double NumGen(x, y, distance, seed) {
  Random random = new Random(seed);
  double result = 0;
  for (int i=0; i<distance; i++) {
    result = random.NextDouble();
  }
}

您可以修改这个简单的轮廓以返回一个随机数序列（可能表示一个网格），并将其与缓存机制结合起来。这样可以节省内存并改善（减少）CPU 消耗。

Answer 2

我猜你必须在每次调用 NumGen 时创建一个 Random 实例。要让函数为相同的参数返回相同的数字，您可以使用哈希函数。

我测试了一些东西，这段代码比重新创建 Random 的实例快了大约 3 倍。

//System.Security.Cryptography
static MD5 hasher = MD5.Create();
static byte[] outbuf;
static byte[] inbuf = new byte[12];
static float floatHash(uint x, uint y, uint z) {
    inbuf[0]= (byte)(x >> 24);
    inbuf[1]=(byte)(x >> 16);
    inbuf[2]=(byte)(x >> 8);
    inbuf[3]=(byte)(x);
    inbuf[4]=(byte)(y >> 24);
    inbuf[5]=(byte)(y >> 16);
    inbuf[6]=(byte)(y >> 8);
    inbuf[7]=(byte)(y);
    inbuf[8]=(byte)(z >> 24);
    inbuf[9]=(byte)(z >> 16);
    inbuf[10]=(byte)(z >> 8);
    inbuf[11]=(byte)(z);
    outbuf = hasher.ComputeHash(inbuf);
    return ((float)BitConverter.ToUInt64(outbuf, 0))/ulong.MaxValue;
}

另一种使用一些 RSA 方法的方法比 new System.Random(seed) 快大约 5 倍：

static uint prime = 4294967291;
static uint ord = 4294967290;
static uint generator = 4294967279;
static uint sy;
static uint xs;
static uint xy;
static float getFloat(uint x, uint y, uint seed) {
    //will return values 1=> x >0; replace 'ord' with 'prime' to get 1> x >0
    //one call to modPow would be enough if all data fits into an ulong
    sy = modPow(generator, (((ulong)seed) << 32) + (ulong)y, prime);
    xs = modPow(generator, (((ulong)x) << 32) + (ulong)seed, prime);
    xy = modPow(generator, (((ulong)sy) << 32) + (ulong)xy, prime);
    return ((float)xy) / ord;
}
static ulong b;
static ulong ret;
static uint modPow(uint bb, ulong e, uint m) {
    b = bb;
    ret = 1;
    while (e > 0) {
        if (e % 2 == 1) {
            ret = (ret * b) % m;
        }
        e = e >> 1;
        b = (b * b) % m;
    }
    return (uint)ret;
}

我进行了测试以生成 100000 个浮点数。我将索引用作 System.Random 的种子和 floatHash 的 x 参数（y 和 z 为 0）。

System.Random：最小值：2.921559E-06 最大值：0.9999979 重复次数：0

floatHash MD5：最小值：7.011156E-06 最大值：0.9999931 重复次数：210（返回值两次）

getFloat RSA：最小值：1.547858E-06 最大值：0.9999989 重复次数：190