src/xbt/random.cpp

   1 /* Copyright (c) 2019-2021. The SimGrid Team. All rights reserved.               */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #include "xbt/asserts.h"
   7 #include <fstream>
   8 #include <iostream>
   9 #include <limits>
  10 #include <memory>
  11 #include <string>
  12 #include <xbt/log.hpp>
  13 #include <xbt/random.hpp>
  14
  15 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(xbt);
  16 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(xbt_random, xbt, "Random");
  17
  18 namespace simgrid {
  19 namespace xbt {
  20 namespace random {
  21
  22 bool Random::read_state(const std::string& filename)
  23 {
  24   std::ifstream file(filename);
  25   file >> mt19937_gen;
  26   file.close();
  27   if (file.fail())
  28     XBT_WARN("Could not save the RNG state to file %s.", filename.c_str());
  29   return not file.fail();
  30 }
  31
  32 bool Random::write_state(const std::string& filename) const
  33 {
  34   std::ofstream file(filename);
  35   file << mt19937_gen;
  36   file.close();
  37   if (file.fail())
  38     XBT_WARN("Could not read the RNG state from file %s.", filename.c_str());
  39   return not file.fail();
  40 }
  41
  42 int StdRandom::uniform_int(int min, int max)
  43 {
  44   std::uniform_int_distribution<> dist(min, max);
  45   return dist(mt19937_gen);
  46 }
  47
  48 double StdRandom::uniform_real(double min, double max)
  49 {
  50   std::uniform_real_distribution<> dist(min, max);
  51   return dist(mt19937_gen);
  52 }
  53
  54 double StdRandom::exponential(double lambda)
  55 {
  56   std::exponential_distribution<> dist(lambda);
  57   return dist(mt19937_gen);
  58 }
  59
  60 double StdRandom::normal(double mean, double sd)
  61 {
  62   std::normal_distribution<> dist(mean, sd);
  63   return dist(mt19937_gen);
  64 }
  65
  66 int XbtRandom::uniform_int(int min, int max)
  67 {
  68   unsigned long range = static_cast<unsigned>(max) - static_cast<unsigned>(min);
  69   xbt_assert(min <= max,
  70              "The minimum value for the uniform integer distribution must not be greater than the maximum value");
  71   xbt_assert(range <= decltype(mt19937_gen)::max(),
  72              "Overflow in the uniform integer distribution, please use a smaller range.");
  73   if (range == decltype(mt19937_gen)::max())
  74     return static_cast<int>(mt19937_gen() + min);
  75
  76   ++range;
  77   unsigned long limit = decltype(mt19937_gen)::max() - decltype(mt19937_gen)::max() % range;
  78   unsigned long value;
  79   do {
  80     value = mt19937_gen();
  81   } while (value >= limit);
  82   return static_cast<int>(value % range + min);
  83 }
  84
  85 double XbtRandom::uniform_real(double min, double max)
  86 {
  87   // This reuses Boost's uniform real distribution ideas
  88   constexpr unsigned long divisor = decltype(mt19937_gen)::max() - decltype(mt19937_gen)::min();
  89   unsigned long numerator;
  90   do {
  91     numerator = mt19937_gen() - decltype(mt19937_gen)::min();
  92   } while (numerator == divisor);
  93   return min + (max - min) * static_cast<double>(numerator) / divisor;
  94 }
  95
  96 double XbtRandom::exponential(double lambda)
  97 {
  98   return -1.0 / lambda * log(uniform_real(0.0, 1.0));
  99 }
 100
 101 double XbtRandom::normal(double mean, double sd)
 102 {
 103   double u1;
 104   do {
 105     u1 = uniform_real(0.0, 1.0);
 106   } while (u1 < std::numeric_limits<double>::min());
 107   double u2 = uniform_real(0.0, 1.0);
 108   double z0 = sqrt(-2.0 * log(u1)) * cos(2.0 * M_PI * u2);
 109   return z0 * sd + mean;
 110 }
 111
 112 static std::unique_ptr<Random> default_random = std::make_unique<XbtRandom>();
 113
 114 void set_implem_xbt()
 115 {
 116   default_random = std::make_unique<XbtRandom>();
 117 }
 118 void set_implem_std()
 119 {
 120   default_random = std::make_unique<StdRandom>();
 121 }
 122
 123 void set_mersenne_seed(int seed)
 124 {
 125   default_random->set_seed(seed);
 126 }
 127
 128 bool read_mersenne_state(const std::string& filename)
 129 {
 130   return default_random->read_state(filename);
 131 }
 132
 133 bool write_mersenne_state(const std::string& filename)
 134 {
 135   return default_random->write_state(filename);
 136 }
 137
 138 int uniform_int(int min, int max)
 139 {
 140   return default_random->uniform_int(min, max);
 141 }
 142
 143 double uniform_real(double min, double max)
 144 {
 145   return default_random->uniform_real(min, max);
 146 }
 147
 148 double exponential(double lambda)
 149 {
 150   return default_random->exponential(lambda);
 151 }
 152
 153 double normal(double mean, double sd)
 154 {
 155   return default_random->normal(mean, sd);
 156 }
 157
 158 } // namespace random
 159 } // namespace xbt
 160 } // namespace simgrid