快速2.1的高斯隨機數

Question

我正在嘗試更新舊的Objective-C項目。 我需要生成高斯隨機數。 在Objective-C中，我使用了以下方法：

double gaussrand()
{
    static double V1, V2, S;
    static int phase = 0;
    double X;

    if(phase == 0) {
        do {
            double U1 = (double)rand() / RAND_MAX;
            double U2 = (double)rand() / RAND_MAX;

            V1 = 2 * U1 - 1;
            V2 = 2 * U2 - 1;
            S = V1 * V1 + V2 * V2;
        } while(S >= 1 || S == 0);

        X = V1 * sqrt(-2 * log(S) / S);
    } else
        X = V2 * sqrt(-2 * log(S) / S);

    phase = 1 - phase;

    return X;
}

但是，這並不能很好地轉化為快速。 有人知道在sfift 2.1中給出平均值和標准差的情況下生成高斯隨機數的方法嗎？

Answer 1

請注意，定義后，您希望gaussRand為計算屬性。 Swift中的計算屬性無法存儲其他屬性，因此在Box-Muller轉換方法實現的Swift版本示例中，我將計算的屬性gaussRand在一個類中，並將s ， v2和cachedNumberExists為該屬性相同的類，允許每個第二次調用gaussRand返回上一個的緩存結果。

class MyRandomGenerator {
    // stored properties
    var s : Double = 0.0
    var v2 : Double = 0.0
    var cachedNumberExists = false

    // (read-only) computed properties
    var gaussRand : Double  {
        var u1, u2, v1, x : Double
        if !cachedNumberExists {
            repeat {
                u1 = Double(arc4random()) / Double(UINT32_MAX)
                u2 = Double(arc4random()) / Double(UINT32_MAX)
                v1 = 2 * u1 - 1;
                v2 = 2 * u2 - 1;
                s = v1 * v1 + v2 * v2;
            } while (s >= 1 || s == 0)
            x = v1 * sqrt(-2 * log(s) / s);
        }
        else {
            x = v2 * sqrt(-2 * log(s) / s);
        }
        cachedNumberExists = !cachedNumberExists
        return x
    }
}

我們斷言我們得到了預期的結果：

// Assert expected results
var myRandomGenerator = MyRandomGenerator()

let numGaussNumbers = 1000
var myGaussArr = [Double](count: numGaussNumbers, repeatedValue: 0.0)
for (i,_) in myGaussArr.enumerate() { myGaussArr[i] = myRandomGenerator.gaussRand }

let myMean = myGaussArr.reduce(0.0, combine: +)/Double(numGaussNumbers) // 0.0.. OK
let myVar = myGaussArr.map { pow(($0 - myMean), 2) }.reduce(0.0, combine: +)/Double(numGaussNumbers) // ~1, O

print("(\(myMean),\(myVar))") // ~(0,1), OK

好。

Answer 2

這是Java非常有效的Random.nextGaussian()方法到Swift的轉換：

private var nextNextGaussian: Double? = {
    srand48(Int(arc4random())) //initialize drand48 buffer at most once
    return nil
}()

func nextGaussian() -> Double {
    if let gaussian = nextNextGaussian {
        nextNextGaussian = nil
        return gaussian
    } else {
        var v1, v2, s: Double

        repeat {
            v1 = 2 * drand48() - 1
            v2 = 2 * drand48() - 1
            s = v1 * v1 + v2 * v2
        } while s >= 1 || s == 0

        let multiplier = sqrt(-2 * log(s)/s)
        nextNextGaussian = v2 * multiplier
        return v1 * multiplier
    }
}

現在，要生成給定均值和標准差的高斯隨機數，只需執行以下操作：

let myGaussian = nextGaussian() * myStandardDeviation + myMean