表示在任意枚舉類型范圍內的均勻分布

Question

我在很多地方使用C ++隨機數實用程序庫。 它可能不是很舒服（例如，沒有任意分布的基類），但是 - 我已經學會了忍受它。

現在我碰巧需要從枚舉類型中統一采樣值。 我知道，關於SO的問題已經存在：

生成隨機枚舉

然而，那一個：

1. 假設所有枚舉值都是連續的，即它不起作用

    enum Color { Red = 1, Green = 2, Blue = 4 } 

   我們希望以1/3的概率對這三個值中的每一個進行采樣。

2. 不提供std::uniform_distribution<>的功能，即它不能與您傳遞它的隨機引擎一起使用等等。

顯然我不能使用std::uniform_int_distribution<Color> ，如果只是因為上面的原因1。 我該怎么做呢？

筆記：

• 代碼必須是通用的，即枚舉類型將是模板參數。
• 因為我可能需要一些儀器而不僅僅是粗糙的枚舉，你可能會認為我擁有它; 只是明確陳述你的假設。
• 具體來說，如果它有所幫助，假設我使用了更好的Enums ，讓我充滿了所有的花里胡哨。
• 如果某種慣用的方式不做任何這樣的儀器，那將會有一個很好的答案，但我對此表示懷疑。
• 僅C ++ 11/14解決方案是可以接受的。
• 具有相同值的多個枚舉標識符不會使頻率加倍，它們只是彼此的別名。 如果您有一個簡單的解決方案，假設這些不存在，那么這也是相關的，盡管不是最理想的。

Answer 1

使用Better Enums ，可以通過以下方式解決此問題：

template<typename T>
typename T get_uniform_value(std::default_random_engine& eng)
{
    std::uniform_int_distribution<int> dist(0, T::_size() - 1);
    return T::_values()[dist(eng)];
}

用法示例：

BETTER_ENUM(Channel, int, Red, Green = 2, Blue) // Enum to generate random values of
...
std::default_random_engine rng(std::random_device{}());
Channel r = get_uniform_value<Channel>(rng); // Uniformly distributed between 0, 2 and 3

Answer 2

以復雜度遞增的順序，這是分布的三種實現：

首先，如果我們可以依賴於值不同或者重復值超重，我們就可以索引_values()容器：

template<class Enum>
struct SimpleEnumDistribution
{
    std::uniform_int_distribution<typename Enum::_integral> dist{0, Enum::_size() - 1};
    template<class Generator> Enum operator()(Generator& g) { return Enum::_values()[dist(g)]; }
};

否則，我們可以使用拒絕采樣，預先計算枚舉值范圍的最小值和最大值：

template<class Enum>
struct UniformEnumDistribution
{
    std::uniform_int_distribution<typename Enum::_integral> dist{
        *std::min_element(Enum::_values().begin(), Enum::_values().end()),
        *std::max_element(Enum::_values().begin(), Enum::_values().end())};
    template<class Generator> Enum operator()(Generator& g)
    {
        for (;;)
            if (auto value = Enum::_from_integral_nothrow(dist(g)))
                return *value;
    }
};

如果這樣效率低（可能枚舉值很稀疏），我們可以在初始化時計算查找表：

template<class Enum>
struct FastUniformEnumDistribution
{
    std::uniform_int_distribution<std::size_t> dist;
    std::array<typename Enum::_integral, Enum::_size()> values;
    FastUniformEnumDistribution()
    {
        std::copy(Enum::_values().begin(), Enum::_values().end(), values.data());
        std::sort(values.begin(), values.end());
        dist.param(std::uniform_int_distribution<std::size_t>::param_type{0u, static_cast<std::size_t>(
            std::distance(values.begin(), std::unique(values.begin(), values.end())) - 1)});
    }
    template<class Generator> Enum operator()(Generator& g)
    {
        return Enum::_from_integral_unchecked(values[dist(g)]);
    }
};

例子 。

Answer 3

我會說更慣用的是創建一個數組並從數組中選擇索引：

 template <typename Rnd>
 Color RandomColor(Rnd& rnd)
 {
     const std::array<Color, 3u> colors {Color::Red, Color::Green, Color::Blue};

     std::uniform_int_distribution<int> dist(0, colors.size() - 1);
     return colors[dist(rnd)];
 }

更好的枚舉似乎允許不使用Color::_values手動創建數組：

 template <typename BetterEnum, typename Rnd>
 BetterEnum RandomBetterEnum(Rnd& rnd)
 {
     std::uniform_int_distribution<int> dist(0, BetterEnum::_size() - 1);
     return BetterEnum::_values()[dist(rnd)];
 }

Answer 4

在您鏈接的問題中 ，假設您希望統計分布在枚舉器值上 。

然而，“在枚舉類型上的均勻分布”也可能意味着在枚舉范圍內的均勻分布，這通常意味着由實現選擇的基礎類型的所有可能值。

還有其他基本問題：

在您展示的情況下

enum Color { Red = 1, Green = 2, Blue = 4 }

據推測，您想要的均勻分布是0到7（每個枚舉器可以使用位掩碼進行OR運算）。

假設枚舉是：

enum Color { Red = 1, Green = 2, Blue = 3 }

那么大概你只想在你的發行版中使用1,2,3。

我認為你不能指望編譯器或任何模板代碼理解你的意圖 - 任何“enum - > uniform distribution”代碼都需要提示，以便它知道哪些枚舉器應該與其他枚舉器的組合以及哪些只是選項。

簡而言之，我認為你應該完全按照你所鏈接的問題做什么，並在int或者其他任何東西上生成適當的分布，然后static_cast it到enum。 並且不要嘗試使用一些模板解決方案，試圖為每個可能的枚舉讀取你的想法。