<random> 在 Linux 中生成相同的数字，但在 Windows 中不生成

问题描述：

下面的代码用于生成区间 [1,100] 内的五个伪随机数列表。我用 为该程序设定种子default_random_engine，返回unix 时间time(0)中的系统时间。当我使用 Microsoft Visual Studio 2013 在 Windows 7 上编译并运行该程序时，程序按预期运行（见下文）。但是，当我使用 g++ 编译器在 Arch Linux 中执行此操作时，程序的行为很奇怪。

在 Linux 中，每次都会生成 5 个数字。最后 4 个数字在每次执行时都会不同（通常如此），但第一个数字保持不变。

在 Windows 和 Linux 上执行 5 次的示例输出：

      | Windows:       | Linux:        
---------------------------------------
Run 1 | 54,01,91,73,68 | 25,38,40,42,21
Run 2 | 46,24,16,93,82 | 25,78,66,80,81
Run 3 | 86,36,33,63,05 | 25,17,93,17,40
Run 4 | 75,79,66,23,84 | 25,70,95,01,54
Run 5 | 64,36,32,44,85 | 25,09,22,38,13

更令人费解的是，第一个数字在 Linux 上会定期增加 1。获得上述输出后，我等待了大约 30 分钟，然后再次尝试，发现第一个数字已更改，现在始终生成为 26。它继续定期增加 1，现在为 32。它似乎与 的变化值相对应time(0)。

为什么第一个数字在运行过程中很少发生变化，而当它发生变化时，却增加 1？

代码。它整齐地打印出 5 个数字和系统时间：

#include <iostream>
#include <random>
#include <time.h>

using namespace std;

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    time_t system_time = time(0);    

    default_random_engine e(system_time);
    uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    cout << '#' << '    ' << "system time" << endl
         << "-------------------" << endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);
        cout << secret << '    ' << system_time << endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

解决方案 1：

事情是这样的：

• default_random_engine在 libstdc++ (GCC 的标准库) 中minstd_rand0，它是一个简单的线性同余引擎：

typedef linear_congruential_engine<uint_fast32_t, 16807, 0, 2147483647> minstd_rand0;

• 该引擎生成随机数的方式是 x i+1 = (16807x i + 0) mod 2147483647。

• 因此，如果种子相差 1，那么大多数情况下，第一个生成的数字将相差 16807。

• 这个生成器的范围是 [1, 2147483646]。libstdc++uniform_int_distribution将其映射到 [1, 100] 范围内的整数的方式本质上是这样的：生成一个数字n。如果数字不大于 2147483600，则返回(n - 1) / 21474836 + 1；否则，用新数字重试。

应该很容易看出，在绝大多数情况下，n在此过程中，两个相差仅 16807 的 s 将在 [1, 100] 中产生相同的数字。事实上，人们预计生成的数字大约每 21474836 / 16807 = 1278 秒或 21.3 分钟增加一，这与您的观察结果非常吻合。

MSVC 的default_random_engine是mt19937，它没有这个问题。

解决方案 2：

由std::default_random_engine实现定义。请使用std::mt19937或std::mt19937_64代替。

此外std::time，由于ctime函数不太准确，因此请使用<chrono>标头中定义的类型代替：

#include <iostream>
#include <random>
#include <chrono>

int main()
{
    const int upper_bound = 100;
    const int lower_bound = 1;

    auto t = std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count();

    std::mt19937 e;
    e.seed(static_cast<unsigned int>(t)); //Seed engine with timed value.
    std::uniform_int_distribution<int> u(lower_bound, upper_bound);

    std::cout << '#' << '    ' << "system time" << std::endl
    << "-------------------" << std::endl;

    for (int counter = 1; counter <= 5; counter++)
    {
        int secret = u(e);

        std::cout << secret << '    ' << t << std::endl;
    }   

    system("pause");
    return 0;
}

解决方案 3：

在 Linux 中，随机函数不是概率意义上的随机函数，而是一个伪随机数生成器。它用种子加盐，基于该种子，产生的数字是伪随机的且均匀分布。Linux 方式的优势在于，在使用来自人群的信息设计某些实验时，可以测量已知输入信息调整的实验重复性。当最终程序准备好进行实际测试时，可以通过要求用户移动鼠标、将鼠标移动与一些击键混合并添加自上次开机以来的微秒计数来创建盐（种子）。

Windows 随机数种子是从鼠标、键盘、网络和时间数字的集合中获得的。它是不可重复的。但是，如果如上所述，有人参与了实验设计，则可以将此盐值重置为已知种子。

哦，是的，Linux 有两个随机数生成器。一个默认为模 32 位，另一个为模 64 位。您的选择取决于您的测试或实际使用所需的精度需求和计算时间。