RandomExperiment.cpp

/*
	乱数精度テスト
*/
//	インクルード部
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <random>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include "CHSRandom.hpp" //乱数アルゴリズムxorshiftを用いた自作乱数クラス

using namespace std;

//定数定義部	
#define COUNT_ARRAY_NUMS 16
#define MAX_NUMBER_OF_TESTS  268435456
#define MIN_NUMBER_OF_TESTS  COUNT_ARRAY_NUMS
//プロトタイプ宣言
void InitRandomSystem ( void );

//乱数値取得用
unsigned int GetRandom ( int algoId );

//乱数テスト関数
void RandomTest ( int algoId);

//グローバル変数
unsigned int seed;				//シードの退避
unsigned int testNums;			//テスト数
unsigned int incrementnum;		//インクリメント用
//アルゴリズム名
static const char AlgoName [ 9 ] [ 27 ] = {
	"C言語標準rand関数" , "xorshift" , "線形合同法" ,
	"メルセンヌ・ツイスター" , "ディスカードブロック法" , "キャリー付き減算法" ,
	"シャッフルオーダー法" , "環境依存な真の乱数生成器" , "インクリメント式"
};

int MaxAccurateAlgoID = 0;
double MaxAccuratePercent = 0;
double AccuratePercent [ 9 ];

//グローバル宣言(乱数系)
CHSRandom xorshift;				//xorshift

//C++ STL 乱数 クラス
minstd_rand minstd;				//線形合同法
mt19937 mtrand;					//メルセンヌ・ツイスター
ranlux24 ralux;					//ディスカードブロック法
ranlux24_base raluxbase;		//キャリー付き減算法
knuth_b knuth;					//シャッフルオーダー法
random_device randdev;			//環境依存な真の乱数生成器

int main ( void ) {

	//乱数初期化
	InitRandomSystem ();

	printf ( "1アルゴリズム当たりのテスト回数を指定してください：" );
	scanf ( "%u" , &testNums );
	if ( testNums < MIN_NUMBER_OF_TESTS ) {
		testNums = MIN_NUMBER_OF_TESTS;
		printf ( "入力された数が小さすぎるため%d回にしました。\n" , testNums );
	} else if ( testNums > MAX_NUMBER_OF_TESTS ) {
		testNums = MAX_NUMBER_OF_TESTS;
		printf ( "入力された数が大きすぎるため%d回にしました。\n" , testNums );
	}
	//全テストを行う
	for ( int i = 0; i < 9; i++ ) {
		RandomTest ( i );
	}

	//テスト結果表示
	printf ( "\n<<テスト結果>>\n" );
	printf ( "%26s ・・・ 精度率\n" ,"アルゴリズム名");
	for ( int i = 0; i < 9; i++ ) {
		printf ( "%26s ・・・ %7.4f%%\n" , AlgoName [ i ] , AccuratePercent [ i ] );
	}
	printf ( "\n最も高性能なアルゴリズムは[%s]で精度率は[%7.4f%%]です。\n" , AlgoName [ MaxAccurateAlgoID ] , MaxAccuratePercent );

	return 0;
}

void InitRandomSystem ( void ){
	//シードは現在時刻
	seed = (unsigned) time ( NULL );
	//seed = 1;

	//C標準ライブラリ
	srand ( seed ); 

	//xorshift
	xorshift.SetSeed ( seed );

	//線形合同法
	minstd.seed(seed);	

	//メルセンヌ・ツイスター
	mtrand.seed(seed);				
	
	//ディスカードブロック法
	ralux.seed ( seed );
	
	//キャリー付き減算法
	raluxbase.seed ( seed );
	
	//シャッフルオーダー法
	knuth.seed ( seed );

	//インクリメント用
	incrementnum = seed;

}

unsigned int GetRandom ( int algoId ) {
	switch ( algoId) {
		case 0:
			//C言語標準ライブラリ
			return rand ();
		case 1:
			//xorshift
			return xorshift ();
		case 2:
			//線形合同法
			return minstd ();
		case 3:
			//メルセンヌ・ツイスター
			return mtrand ();
		case 4:
			//ディスカードブロック法
			return ralux();
		case 5:
			//キャリー付き減算法
			return raluxbase ();
		case 6:
			//シャッフルオーダー法
			return knuth ();
		case 7:
			return randdev ();
		case 8:
			{
				unsigned int ret = incrementnum;
				incrementnum++;
				return ret;
			}
		default:
			return 0;
	}
}

void RandomTest ( int algoId ) {

	unsigned int CountVals [ COUNT_ARRAY_NUMS ];	//カウント用バッファ
	unsigned int AverageCount;

	//平均な標準回数
	AverageCount = testNums / COUNT_ARRAY_NUMS;

	//バッファ初期化
	for ( int i = 0; i < COUNT_ARRAY_NUMS; i++ ) CountVals [ i ] = 0;

	printf ( "\n<<[%s]による乱数精度チェック>>\n" , AlgoName [ algoId ] );

	int nowp , oldp = -1;
	unsigned int rnum;

	for (unsigned  int i = 0; i < testNums; i++ ) {
		rnum = GetRandom ( algoId ) % COUNT_ARRAY_NUMS;
		CountVals [ rnum ]++;
		nowp = (int) ( ( i + 1 ) * 100.0 / testNums );
		if ( nowp != oldp ) {
			printf ( "\r%4d%% 完了 (%10d / %10d)" , nowp , i + 1 , testNums );
			oldp = nowp;
		}
	}

	printf ( "\n\n出現分布表\n" );
	int dist = 0;
	for ( int i = 0; i < COUNT_ARRAY_NUMS; i++ ) {
		printf ( "%6d ・・・ %10d回 [%7.4f%%]\n" , i , CountVals [ i ] , CountVals [ i ] * 100.0 / testNums );

		dist += ( AverageCount > CountVals [ i ] ) ? AverageCount - CountVals [ i ] : CountVals [ i ] - AverageCount;
	}

	double AP = 100.0 - (dist * 100.0 / testNums);
	printf ( "\n%6s ・・・ %10d回[%7.4f%%]\n" , "誤差率" , dist , 100 - AP );
	printf ( "%6s ・・・ %10d回[%7.4f%%]\n" , "精度率" , testNums - dist , AP );

	if ( AP > MaxAccuratePercent ) {
		MaxAccuratePercent = AP;
		MaxAccurateAlgoID = algoId;
	}

	AccuratePercent[algoId] = AP;
}