亂數產生器-Mersenne Twister Random Number Generator

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'Mersenne Twister(簡稱MT''''):


   


在1998年由Makoto和Takuji提出的,是多重遞迴矩陣方法(MRMM)中的一種,MRMM是在F2域上由線性遞推式:

Image:MRMM.JPG


產生隨機向量序列。Xk是列向量,Ai是Wx W矩陣。

    而MT演算法產生一個字(word)向量序列,看作是[0,2w-1]間的均勻隨機整數。除以2w-1,認為每個字向量為[0,1]的一個實數。 算法如下:

Image:MRMM-1.JPG


     n=遞推式的維數,0<=r(隱藏於X上標u下標k的定義中)<=w-1,1<=m<=n 。給出X0,X1,...X n-1作為初始點,那麼Xn由上面的式子再k=0時產生,令k=1,2,...,亂數產生器逐步產生Xn+1,Xn+2,...,在式子的右邊,Xuk意味著Xk前w-r位,因此如果X=(Xw-1,Xw-2,...,X0),那麼由定義,Xu是w-r維向量(Xw-1,...,Xr),Xt是r維向量(Xr-1,...,X0)。因此(X上標u下標k | X上標t下標k+1)恰好是一個並列,即Xk前w-r位和Xk+1的後r位按順序並列再一起得到的一個向量。矩陣A乘在這個向量的右邊。(XOR舉例:1 XOR 1=0 XOR 0,1 XOR 0=0 XOR 1=1)


   


對於上式,如果r=0,它變為Xk+n = Xk+n XOR XkA,即變成Matsumoto和Kurita提出的TGFSR。如果r=0且A=I,它又變為Xk+n = Xk+m XOR Xk,即Lewis和Payne提出的GFSR。

   為了使乘A計算速度較快,選擇

Image:MRMM-2.JPG

那麼計算XA可僅僅使用位運算:

Image:MRMM-3.JPG


    MT有以下優點:隨機性好,在計算機上容易實現,佔用記憶體較少(mt19937的C程式碼執行僅需624個字的工作區),與其它已使用的亂數產生器相比,產生隨機數的速度快、週期長,可達到219937-1,且具有623維均勻分布的性質。


    雖然MT在許多方面較其他產生器優越,但它還是有一些缺點,即它所產生的序列是


高維均勻性的,還不夠完善。