prng.cpp

   1 /*
   2    A C-program for MT19937, with initialization improved 2002/1/26.
   3    Coded by Takuji Nishimura and Makoto Matsumoto.
   4
   5    Before using, initialize the state by using init_genrand(seed)
   6    or init_by_array(init_key, key_length).
   7
   8    Copyright (C) 1997 - 2002, Makoto Matsumoto and Takuji Nishimura,
   9    All rights reserved.
  10
  11    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12    modification, are permitted provided that the following conditions
  13    are met:
  14
  15      1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  16         notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  17
  18      2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  19         notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  20         documentation and/or other materials provided with the distribution.
  21
  22      3. The names of its contributors may not be used to endorse or promote
  23         products derived from this software without specific prior written
  24         permission.
  25
  26    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  27    "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  28    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  29    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
  30    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  31    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  32    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  33    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  34    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  35    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  36    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  37
  38
  39    Any feedback is very welcome.
  40    http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html
  41    email: m-mat @ math.sci.hiroshima-u.ac.jp (remove space)
  42 */
  43
  44 #include <stdio.h>
  45
  46 #include "prng.h"
  47
  48 /* Period parameters */
  49 #define N 624
  50 #define M 397
  51 #define MATRIX_A 0x9908b0dfUL   /* constant vector a */
  52 #define UPPER_MASK 0x80000000UL /* most significant w-r bits */
  53 #define LOWER_MASK 0x7fffffffUL /* least significant r bits */
  54
  55 #define NJ_RAND_MAX 0x7fffffffUL
  56
  57
  58 static unsigned long mt[N]; /* the array for the state vector  */
  59 static int mti=N+1; /* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */
  60
  61 /* initializes mt[N] with a seed */
  62 void init_genrand(unsigned long s)
  63 {
  64     mt[0]= s & 0xffffffffUL;
  65     for (mti=1; mti<N; mti++) {
  66         mt[mti] =
  67             (1812433253UL * (mt[mti-1] ^ (mt[mti-1] >> 30)) + mti);
  68         /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
  69         /* In the previous versions, MSBs of the seed affect   */
  70         /* only MSBs of the array mt[].                        */
  71         /* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto             */
  72         mt[mti] &= 0xffffffffUL;
  73         /* for >32 bit machines */
  74     }
  75 }
  76
  77 /* initialize by an array with array-length */
  78 /* init_key is the array for initializing keys */
  79 /* key_length is its length */
  80 /* slight change for C++, 2004/2/26 */
  81 void init_by_array(unsigned long init_key[], int key_length)
  82 {
  83     int i, j, k;
  84     init_genrand(19650218UL);
  85     i=1; j=0;
  86     k = (N>key_length ? N : key_length);
  87     for (; k; k--) {
  88         mt[i] = (mt[i] ^ ((mt[i-1] ^ (mt[i-1] >> 30)) * 1664525UL))
  89           + init_key[j] + j; /* non linear */
  90         mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
  91         i++; j++;
  92         if (i>=N) { mt[0] = mt[N-1]; i=1; }
  93         if (j>=key_length) j=0;
  94     }
  95     for (k=N-1; k; k--) {
  96         mt[i] = (mt[i] ^ ((mt[i-1] ^ (mt[i-1] >> 30)) * 1566083941UL))
  97           - i; /* non linear */
  98         mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
  99         i++;
 100         if (i>=N) { mt[0] = mt[N-1]; i=1; }
 101     }
 102
 103     mt[0] = 0x80000000UL; /* MSB is 1; assuring non-zero initial array */
 104 }
 105
 106 /* generates a random number on [0,0xffffffff]-interval */
 107 unsigned long genrand_int32(void)
 108 {
 109     unsigned long y;
 110     static unsigned long mag01[2]={0x0UL, MATRIX_A};
 111     /* mag01[x] = x * MATRIX_A  for x=0,1 */
 112
 113     if (mti >= N) { /* generate N words at one time */
 114         int kk;
 115
 116         if (mti == N+1)   /* if init_genrand() has not been called, */
 117             init_genrand(5489UL); /* a default initial seed is used */
 118
 119         for (kk=0;kk<N-M;kk++) {
 120             y = (mt[kk]&UPPER_MASK)|(mt[kk+1]&LOWER_MASK);
 121             mt[kk] = mt[kk+M] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
 122         }
 123         for (;kk<N-1;kk++) {
 124             y = (mt[kk]&UPPER_MASK)|(mt[kk+1]&LOWER_MASK);
 125             mt[kk] = mt[kk+(M-N)] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
 126         }
 127         y = (mt[N-1]&UPPER_MASK)|(mt[0]&LOWER_MASK);
 128         mt[N-1] = mt[M-1] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
 129
 130         mti = 0;
 131     }
 132
 133     y = mt[mti++];
 134
 135     /* Tempering */
 136     y ^= (y >> 11);
 137     y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680UL;
 138     y ^= (y << 15) & 0xefc60000UL;
 139     y ^= (y >> 18);
 140
 141     return y;
 142 }
 143
 144 /* generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval */
 145 long int genrand_int31(void)
 146 {
 147     return (long)(genrand_int32()>>1);
 148 }
 149
 150 /* These real versions are due to Isaku Wada, 2002/01/09 added */
 151
 152 /* generates a random number on [0,1]-real-interval */
 153 double genrand_real1(void)
 154 {
 155     return genrand_int32()*(1.0/4294967295.0);
 156     /* divided by 2^32-1 */
 157 }
 158
 159 /* generates a random number on [0,1)-real-interval */
 160 double genrand_real2(void)
 161 {
 162     return genrand_int32()*(1.0/4294967296.0);
 163     /* divided by 2^32 */
 164 }
 165
 166 /* generates a random number on (0,1)-real-interval */
 167 double genrand_real3(void)
 168 {
 169     return (((double)genrand_int32()) + 0.5)*(1.0/4294967296.0);
 170     /* divided by 2^32 */
 171 }
 172
 173 /* generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution*/
 174 double genrand_res53(void)
 175 {
 176     unsigned long a=genrand_int32()>>5, b=genrand_int32()>>6;
 177     return(a*67108864.0+b)*(1.0/9007199254740992.0);
 178 }
 179
 180
 181
 182
 183 /*
 184  * NJ_genrand_int31_top() - Returns an int in the range 0..top
 185  *
 186  * This function attempts to remove bias in selecting random
 187  * integers in a range.
 188  *
 189  */
 190 long int
 191 NJ_genrand_int31_top(long int top) {
 192
 193   long int overflow;
 194   long int r;
 195   long int retval;
 196
 197   if(top <= 0) {
 198     return(0);
 199   } else {
 200     overflow = (NJ_RAND_MAX / top) * top;
 201   }
 202
 203   while(1) {
 204     r = genrand_int31();
 205     if(r < overflow) {
 206       break;
 207     }
 208   }
 209
 210   retval = r % top;
 211
 212   return(retval);
 213 }
 214
 215
 216
 217
 218
 219
 220
 221