std::uniform_real_distribution 总是返回无穷大

Question

当我运行这段代码时：

double getRandomDouble() {
    static std::mt19937 entropy_ = std::mt19937();
    std::uniform_real_distribution<double> distribution;
    distribution.param(typename decltype(distribution)::param_type(std::numeric_limits<double>::lowest(),
                                                                   std::numeric_limits<double>::max()));
    return distribution(entropy_);
}

它总是返回无穷大（至少在 GCC8.1 和 clang 11.0.1 中。在 MSVC 14.16.27023 中它断言）

Here is a working demonstration in GodBolt

我希望这个函数返回任何随机的双精度值，这里发生了什么？

Answer 1

参数的选择违反了std::uniform_real_distribution的前提条件（c.f.§26.6.9.2.2.2）。

前提条件是a ≤ b 和b - a ≤ numeric_limits<T>::max()，其中a 和b 是分布的最小值和最大值。使用numeric_limits<double>::lowest() 和numeric_limits<double>::max() 会违背这一点。

根据Ted 的建议，使用a = -max()/2.0、b = max()/2.0 会是更好的选择。

Answer 2

uniform_real_distribution 的强制实现基本上是在[0,1) 中均匀分布，然后乘以(b-a) 再加上a 映射到[a,b)。

这是一个很好的面向速度的实现，但是当应用于极端情况时它会失败。在您的情况下，计算 b-a 导致无穷大，随后整个计算失败。

Answer 3

你有一个数字问题：分布使用概率函数：1 / (b - a)，在这种情况下，b - a 超出了double 的范围（这意味着inf，因此所有数字都是inf)。您可以通过降低限制来修复它，如下例所示。

此外，您始终使用新的随机数生成器，并且由于种子相同，它始终生成相同的数字。您可以将生成器置于函数外部，以便它继续生成新数字，或者更好地关联一个随机设备。

#include <random>
#include <iostream>

double getRandomDouble() {
    std::random_device rd; // <<
    std::mt19937 entropy_ = std::mt19937(rd()); // <<
    std::uniform_real_distribution<double> distribution;

    using param = typename decltype(distribution)::param_type;
    distribution.param(param(std::numeric_limits<double>::lowest() / 2, 
                             std::numeric_limits<double>::max() / 2));
    return distribution(entropy_);
}

int main()
{
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::cout << "Random number: " << getRandomDouble() << "\n";
    }
    return 0;
}

你可以测试一下here。