范围为零的uniform_int_distribution进入无限循环

问题描述

对于单元测试，我实现了一个模拟随机数生成器。我认为这是UniformBitGenerator的有效实现（该模拟实际上使用google模拟来设置operator()的返回值，但其行为相同）。

struct RNG
{
    using result_type = size_t;
    static result_type min() { return 0; }
    static result_type max() { return std::numeric_limits<result_type>::max(); }
    result_type operator()() { return max(); }
};

现在，我使用此模拟在std::uniform_int_distribution范围内从[a,b],a == b进行采样。我相信这是允许的，我发现here对分布参数的唯一限制是b >= a。因此，我希望以下程序可以打印5。

int main()
{
    auto rng = RNG();
    auto dist = std::uniform_int_distribution<>(5,5);
    printf("%d\n",dist(rng));
    return 0;
}

相反，它进入STL内部的无限循环，反复从生成器中提取数字，但是找不到指定范围内的数字。我测试了不同版本的不同（当前）编译器（包括clang，gcc，icc）。 RNG::max也可以返回其他值（例如42），不做任何更改。

我正在测试的真实代码将随机索引绘制到可能仅包含一个元素的容器中。检查这种情况很容易，但是这种情况很少见，我想避免这种情况。

我是否在STL中缺少RNG规范中的某些内容？我会惊讶地发现所有编译器中都有一个错误...

解决方法

通常通过剔除采样实现均匀分布。您一直在要求随机数，直到获得一个符合条件的数。您已经设置了无法满足条件的情况，因为您的随机数生成器非常不随机，因此会导致无限循环。

,

标准说（[rand.dist.uni.int]）：

uniform_­int_­distribution随机数分布产生随机整数 i ， a≤i≤b ，根据常数离散概率函数分布

P（i | a，b）= 1 /（b−a + 1）

。 。

explicit uniform_int_distribution(IntType a = 0,IntType b = numeric_limits<IntType>::max());

要求： a ≤ b。

因此，uniform_int_distribution<>(5,5)应该以概率1/1返回5。

进入无限循环的实现有一个错误。

但是，始终产生相同值的模拟RNG不能满足Uniform random bit generator requirements：

类型为 G 的统一随机比特生成器 g 是一个函数对象，返回无符号整数值，使得可能结果范围内的每个值都（理想情况下）具有返回的相等概率。 [注意：通常，g的结果接近理想值的程度是通过统计确定的。 -注释]

请参见[req.genl]/p1.b：

在本节[rand]中，实例化模板的效果：

除非对应的模板参数的cv值不合格且满足统一随机比特发生器的要求，否则未定义具有名为URBG的模板类型参数的

b）。

果然，使用标准的RNG just works：

#include <iostream>
#include <random>

int main() {
    std::mt19937_64 rng;
    std::uniform_int_distribution<> dist(5,5);
    std::cout << dist(rng) << "\n";
}

打印：

5