Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: downloads/boost_1_33_1/boost/random/mersenne_twister.hpp @ 13

Last change on this file since 13 was 12, checked in by landauf, 17 years ago

added boost

File size: 10.4 KB
Line 
1/* boost random/mersenne_twister.hpp header file
2 *
3 * Copyright Jens Maurer 2000-2001
4 * Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See
5 * accompanying file LICENSE_1_0.txt or copy at
6 * http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
7 *
8 * See http://www.boost.org for most recent version including documentation.
9 *
10 * $Id: mersenne_twister.hpp,v 1.20 2005/07/21 22:04:31 jmaurer Exp $
11 *
12 * Revision history
13 *  2001-02-18  moved to individual header files
14 */
15
16#ifndef BOOST_RANDOM_MERSENNE_TWISTER_HPP
17#define BOOST_RANDOM_MERSENNE_TWISTER_HPP
18
19#include <iostream>
20#include <algorithm>     // std::copy
21#include <stdexcept>
22#include <boost/config.hpp>
23#include <boost/limits.hpp>
24#include <boost/static_assert.hpp>
25#include <boost/integer_traits.hpp>
26#include <boost/cstdint.hpp>
27#include <boost/random/linear_congruential.hpp>
28#include <boost/detail/workaround.hpp>
29#include <boost/random/detail/ptr_helper.hpp>
30
31namespace boost {
32namespace random {
33
34// http://www.math.keio.ac.jp/matumoto/emt.html
35template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
36  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
37class mersenne_twister
38{
39public:
40  typedef UIntType result_type;
41  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, word_size = w);
42  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, state_size = n);
43  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, shift_size = m);
44  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, mask_bits = r);
45  BOOST_STATIC_CONSTANT(UIntType, parameter_a = a);
46  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, output_u = u);
47  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, output_s = s);
48  BOOST_STATIC_CONSTANT(UIntType, output_b = b);
49  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, output_t = t);
50  BOOST_STATIC_CONSTANT(UIntType, output_c = c);
51  BOOST_STATIC_CONSTANT(int, output_l = l);
52
53  BOOST_STATIC_CONSTANT(bool, has_fixed_range = false);
54 
55  mersenne_twister() { seed(); }
56
57#if defined(__SUNPRO_CC) && (__SUNPRO_CC <= 0x520)
58  // Work around overload resolution problem (Gennadiy E. Rozental)
59  explicit mersenne_twister(const UIntType& value)
60#else
61  explicit mersenne_twister(UIntType value)
62#endif
63  { seed(value); }
64  template<class It> mersenne_twister(It& first, It last) { seed(first,last); }
65
66  template<class Generator>
67  explicit mersenne_twister(Generator & gen) { seed(gen); }
68
69  // compiler-generated copy ctor and assignment operator are fine
70
71  void seed() { seed(UIntType(5489)); }
72
73#if defined(__SUNPRO_CC) && (__SUNPRO_CC <= 0x520)
74  // Work around overload resolution problem (Gennadiy E. Rozental)
75  void seed(const UIntType& value)
76#else
77  void seed(UIntType value)
78#endif
79  {
80    // New seeding algorithm from
81    // http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/emt19937ar.html
82    // In the previous versions, MSBs of the seed affected only MSBs of the
83    // state x[].
84    const UIntType mask = ~0u;
85    x[0] = value & mask;
86    for (i = 1; i < n; i++) {
87      // See Knuth "The Art of Computer Programming" Vol. 2, 3rd ed., page 106
88      x[i] = (1812433253UL * (x[i-1] ^ (x[i-1] >> (w-2))) + i) & mask;
89    }
90  }
91
92  // For GCC, moving this function out-of-line prevents inlining, which may
93  // reduce overall object code size.  However, MSVC does not grok
94  // out-of-line definitions of member function templates.
95  template<class Generator>
96  void seed(Generator & gen)
97  {
98#ifndef BOOST_NO_LIMITS_COMPILE_TIME_CONSTANTS
99    BOOST_STATIC_ASSERT(!std::numeric_limits<result_type>::is_signed);
100#endif
101    // I could have used std::generate_n, but it takes "gen" by value
102    for(int j = 0; j < n; j++)
103      x[j] = gen();
104    i = n;
105  }
106
107  template<class It>
108  void seed(It& first, It last)
109  {
110    int j;
111    for(j = 0; j < n && first != last; ++j, ++first)
112      x[j] = *first;
113    i = n;
114    if(first == last && j < n)
115      throw std::invalid_argument("mersenne_twister::seed");
116  }
117 
118  result_type min BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION () const { return 0; }
119  result_type max BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION () const
120  {
121    // avoid "left shift count >= with of type" warning
122    result_type res = 0;
123    for(int i = 0; i < w; ++i)
124      res |= (1u << i);
125    return res;
126  }
127
128  result_type operator()();
129  static bool validation(result_type v) { return val == v; }
130
131#ifndef BOOST_NO_OPERATORS_IN_NAMESPACE
132
133#ifndef BOOST_NO_MEMBER_TEMPLATE_FRIENDS
134  template<class CharT, class Traits>
135  friend std::basic_ostream<CharT,Traits>&
136  operator<<(std::basic_ostream<CharT,Traits>& os, const mersenne_twister& mt)
137  {
138    for(int j = 0; j < mt.state_size; ++j)
139      os << mt.compute(j) << " ";
140    return os;
141  }
142
143  template<class CharT, class Traits>
144  friend std::basic_istream<CharT,Traits>&
145  operator>>(std::basic_istream<CharT,Traits>& is, mersenne_twister& mt)
146  {
147    for(int j = 0; j < mt.state_size; ++j)
148      is >> mt.x[j] >> std::ws;
149    // MSVC (up to 7.1) and Borland (up to 5.64) don't handle the template
150    // value parameter "n" available from the class template scope, so use
151    // the static constant with the same value
152    mt.i = mt.state_size;
153    return is;
154  }
155#endif
156
157  friend bool operator==(const mersenne_twister& x, const mersenne_twister& y)
158  {
159    for(int j = 0; j < state_size; ++j)
160      if(x.compute(j) != y.compute(j))
161        return false;
162    return true;
163  }
164
165  friend bool operator!=(const mersenne_twister& x, const mersenne_twister& y)
166  { return !(x == y); }
167#else
168  // Use a member function; Streamable concept not supported.
169  bool operator==(const mersenne_twister& rhs) const
170  {
171    for(int j = 0; j < state_size; ++j)
172      if(compute(j) != rhs.compute(j))
173        return false;
174    return true;
175  }
176
177  bool operator!=(const mersenne_twister& rhs) const
178  { return !(*this == rhs); }
179#endif
180
181private:
182  // returns x(i-n+index), where index is in 0..n-1
183  UIntType compute(unsigned int index) const
184  {
185    // equivalent to (i-n+index) % 2n, but doesn't produce negative numbers
186    return x[ (i + n + index) % (2*n) ];
187  }
188  void twist(int block);
189
190  // state representation: next output is o(x(i))
191  //   x[0]  ... x[k] x[k+1] ... x[n-1]     x[n]     ... x[2*n-1]   represents
192  //  x(i-k) ... x(i) x(i+1) ... x(i-k+n-1) x(i-k-n) ... x[i(i-k-1)]
193  // The goal is to always have x(i-n) ... x(i-1) available for
194  // operator== and save/restore.
195
196  UIntType x[2*n]; 
197  int i;
198};
199
200#ifndef BOOST_NO_INCLASS_MEMBER_INITIALIZATION
201//  A definition is required even for integral static constants
202template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
203  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
204const bool mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::has_fixed_range;
205template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
206  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
207const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::state_size;
208template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
209  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
210const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::shift_size;
211template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
212  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
213const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::mask_bits;
214template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
215  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
216const UIntType mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::parameter_a;
217template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
218  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
219const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_u;
220template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
221  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
222const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_s;
223template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
224  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
225const UIntType mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_b;
226template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
227  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
228const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_t;
229template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
230  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
231const UIntType mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_c;
232template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
233  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
234const int mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::output_l;
235#endif
236
237template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
238  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
239void mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::twist(int block)
240{
241  const UIntType upper_mask = (~0u) << r;
242  const UIntType lower_mask = ~upper_mask;
243
244  if(block == 0) {
245    for(int j = n; j < 2*n; j++) {
246      UIntType y = (x[j-n] & upper_mask) | (x[j-(n-1)] & lower_mask);
247      x[j] = x[j-(n-m)] ^ (y >> 1) ^ (y&1 ? a : 0);
248    }
249  } else if (block == 1) {
250    // split loop to avoid costly modulo operations
251    {  // extra scope for MSVC brokenness w.r.t. for scope
252      for(int j = 0; j < n-m; j++) {
253        UIntType y = (x[j+n] & upper_mask) | (x[j+n+1] & lower_mask);
254        x[j] = x[j+n+m] ^ (y >> 1) ^ (y&1 ? a : 0);
255      }
256    }
257   
258    for(int j = n-m; j < n-1; j++) {
259      UIntType y = (x[j+n] & upper_mask) | (x[j+n+1] & lower_mask);
260      x[j] = x[j-(n-m)] ^ (y >> 1) ^ (y&1 ? a : 0);
261    }
262    // last iteration
263    UIntType y = (x[2*n-1] & upper_mask) | (x[0] & lower_mask);
264    x[n-1] = x[m-1] ^ (y >> 1) ^ (y&1 ? a : 0);
265    i = 0;
266  }
267}
268
269template<class UIntType, int w, int n, int m, int r, UIntType a, int u,
270  int s, UIntType b, int t, UIntType c, int l, UIntType val>
271inline typename mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::result_type
272mersenne_twister<UIntType,w,n,m,r,a,u,s,b,t,c,l,val>::operator()()
273{
274  if(i == n)
275    twist(0);
276  else if(i >= 2*n)
277    twist(1);
278  // Step 4
279  UIntType z = x[i];
280  ++i;
281  z ^= (z >> u);
282  z ^= ((z << s) & b);
283  z ^= ((z << t) & c);
284  z ^= (z >> l);
285  return z;
286}
287
288} // namespace random
289
290
291typedef random::mersenne_twister<uint32_t,32,351,175,19,0xccab8ee7,11,
292  7,0x31b6ab00,15,0xffe50000,17, 0xa37d3c92> mt11213b;
293
294// validation by experiment from mt19937.c
295typedef random::mersenne_twister<uint32_t,32,624,397,31,0x9908b0df,11,
296  7,0x9d2c5680,15,0xefc60000,18, 3346425566U> mt19937;
297
298} // namespace boost
299
300BOOST_RANDOM_PTR_HELPER_SPEC(boost::mt19937)
301
302#endif // BOOST_RANDOM_MERSENNE_TWISTER_HPP
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.