C# 随机索引数组的最快方法

Question

我有一个双值“vals”数组，我需要随机索引到该数组并获取一个值。 GenRandomNumber() 返回 0 到 1 之间的数字，但绝不是 0 或 1。我使用 Convert.ToInt32 基本上将所有内容都放在小数点左侧，但必须有更有效的方法来执行此操作吗？

这是我的代码：

public double GetRandomVal()
{
   int z = Convert.ToInt32(GenRandomNumber() * (vals.Length));
   return vals[z];
}

感谢

更新

感谢所有回复的人，但我只能使用提供的 MersenneTwister 随机数实现，该实现具有方法 rand.NextDouble()

更新 2

再考虑一下，所有我需要做的是生成一个 0 到 array.length-1 之间的随机数，然后使用它随机索引到数组。 vals 长度为 2^20 = 1048576，因此生成随机 int 就足够了。 我注意到我的 MersenneTwister 有一个方法：

public int Next(int maxValue)

如果我像 vals[rand.Next(vals.length-1)] 那样调用它，应该这样做吗？ 我还看到 MersenneTwister 有一个构造函数：

public MersenneTwister(int[] init)

不确定它的用途是什么，我可以使用它来预填充我为其提供 0 到 vals.length 的数组的可接受的随机数吗？

FYI vals 是一个长度为 1048576 的双精度数组，用于划分正态分布曲线。 我基本上使用这种机制来尽可能快地创建正态分布数字，蒙特卡洛模拟每天使用数十亿个正态分布随机数，所以一点点都有帮助。

Answer 1

尝试使用随机整数代替：

Random random = new Random();
int randomNumber = random.Next(0, vals.Length);
return vals[randomNumber];

Answer 2

return vals[rng.Next(vals.Length)];

其中 rng 是

Random rng = new Random();

Answer 3

我认为您已经确定了最简单、最直接的实现。

但是，如果您正在寻求随机索引算法的性能提升，您也许可以将 IEEE 754 编码的双精度“破解”为其指数和分数 - 并使用以数组大小为模的分数：随机索引。

这种技术不太可能在密码学上安全 - 所以如果这是一个考虑因素 - 不要这样做。

另外，这种方法不会使代码更加明显 - 我会坚持使用原来的实现，除非考虑最大化性能。 顺便说一句，此处理中最慢的部分很可能是 Mersenne Twister 生成随机数。

这是代码：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)] // used create a union of Long and Double
public struct IEEE754
{
    private const ulong SIGN_BITS     = 0x8000000000000000;
    private const ulong EXPONENT_BITS = 0x7FF0000000000000;
    private const ulong FRACTION_BITS = 0x000FFFFFFFFFFFFF;

    private const int SIGN_OFFSET     = 63;
    private const int EXPONENT_OFFSET = 52;

    // [FieldOffset] attribute is .NET's way of defining how to explicitly
    // layout the fields of a structure - we're using it to overlay the
    // double and long into a single bit-space ... effectively a C# 'union'
    [FieldOffset( 0 )] private double DoubleValue;
    [FieldOffset( 0 )] private ulong LongValue;

    public IEEE754(double val)
    {
        DoubleValue = val;
    }
    // properties that retrieve the various pieces of an IEEE754 double
    public long Fraction { get { return (long)(LongValue & FRACTION_BITS); } }
    public long Exponent { get { return (long)((LongValue & EXPONENT_BITS) >> EXPONENT_OFFSET); } }
    public long Sign     { get { return (long)((LongValue & SIGN_BITS) >> SIGN_OFFSET); } }

    public void Set( double val ) { DoubleValue = val; }
}

public static void TestFunction()
{
    var array = Enumerable.Range( 1, 10000 ).ToArray();   // test array...

    // however you access your random generator would go here...
    var rand = new YourRandomNumberGenerator();

    // crack the double using the special union structure we created...
    var dul = new IEEE754( rand.GenRandomNumber() );

    // use the factional value modulo the array length as a random index...
    var randomValue = array[dul.Fraction % array.Length];
}

Answer 4

您是否考虑过使用 .NET Random 类？

Answer 5

我会使用 Random.Next(Int32)，它返回一个值小于输入且 >= 零。 将数组长度作为输入传递，您将获得一个随机的有效索引。

Answer 6

正如其他人已经指出的那样，System.Random 有一个 Next 重载，它将执行您已经要求的操作。

至于您对 Convert.ToInt32 和更有效的替代方案的评论，您可以直接将 double 转换为 int：

double d = 1.5;
int i = (int)d;

Answer 7

private static readonly Random _random = new Random();

public double GetRandomVal()
{
    int z = _random.Next(vals.Length);
    return vals[z];
}

Answer 8

如果您不限制使用随机函数，请使用 Random 类。

public Double GetRandomValue(Double[] values)
{
    return values[new Random().Next(values.Length)];
}

否则，我只会使用强制转换，因为它提供了正确的行为 - 四舍五入到零，而不是像 Convert.ToInt32() 那样舍入到最接近的整数。

public Double GetRandomValue(Double[] values)
{
    return values[(Int32)(GetNextRandomNumber() * values.Length)];
}