转载

随机数（三）

测试程序

在图灵社区：随机数（二）中，我们给出了一个 NrRandom 类，能够产生更好的伪随机序列。那么，它与 .NET Framework 中的 Random 类相比，性能如何呢？让我们写一个测试程序吧：

using System; using System.Diagnostics;  namespace Skyiv.Tester {   static class NrRandomTester   {     static readonly Stopwatch timer = new Stopwatch();      static void TestNext1(Random rand, int n)     {       long sum = 0;       timer.Restart();       for (var i = 0; i < n; i++) sum += rand.Next();       timer.Stop();       Console.WriteLine("{0,14} {1,6:F3} {2:N0}", rand.GetType(),         timer.Elapsed.TotalSeconds, (double)sum/n);     }      static void TestNext2(Random rand, int n, int max)     {       long sum = 0;       timer.Restart();       for (var i = 0; i < n; i++) sum += rand.Next(max);       timer.Stop();       Console.WriteLine("{0,14} {1,6:F3} {2:N6}", rand.GetType(),         timer.Elapsed.TotalSeconds, (double)sum/n);     }      static void TestNext3(Random rand, int n, int min, int max)     {       long sum = 0;       timer.Restart();       for (var i = 0; i < n; i++) sum += rand.Next(min, max);       timer.Stop();       Console.WriteLine("{0,14} {1,6:F3} {2,12:N3}", rand.GetType(),         timer.Elapsed.TotalSeconds, (double)sum/n);     }      static void TestNextDouble(Random rand, int n)     {       double sum = 0;       timer.Restart();       for (var i = 0; i < n; i++) sum += rand.NextDouble();       timer.Stop();       Console.WriteLine("{0,14} {1,6:F3} {2:N10}", rand.GetType(),         timer.Elapsed.TotalSeconds, sum/n);     }      static void TestNextBytes(Random rand, int n, int size)     {       long sum = 0;       var bs = new byte[size];       timer.Restart();       for (var i = 0; i < n; i++) {         rand.NextBytes(bs);         foreach (var v in bs) sum += v;       }       timer.Stop();       Console.WriteLine("{0,14} {1,6:F3} {2:N6}", rand.GetType(),         timer.Elapsed.TotalSeconds, (double)sum/n/size);     }      static void Main()     {       Console.WriteLine("{0} {1}-bit", Environment.OSVersion,         Environment.Is64BitOperatingSystem ? 64 : 32);       Console.WriteLine("CLR {0}", Environment.Version);        var r0 = new Random();       var nr = new NrRandom();        Console.WriteLine();  int n = 1000000000, max = int.MaxValue;       Console.WriteLine("Next(): {0,27:N0}", (max-1)/2.0);       TestNext1(r0, n); TestNext1(nr, n);        Console.WriteLine(); max = 10000;       Console.WriteLine("Next(max): {0,23:N6}", (max-1)/2.0);       TestNext2(r0, n, max); TestNext2(nr, n, max);        Console.WriteLine(); max = int.MaxValue; int min = 1 - max;       Console.WriteLine("Next(min,max): {0,19:N3}", (max-1L+min)/2.0);       TestNext3(r0, n, min, max); TestNext3(nr, n, min, max);        Console.WriteLine();       Console.WriteLine("NextDouble(): {0,20:N10}", 1/2.0);       TestNextDouble(r0, n); TestNextDouble(nr, n);        Console.WriteLine(); int size = 1000000, m = n / size;       Console.WriteLine("NextBytes(buffer): {0,13:N6}", byte.MaxValue/2.0);       TestNextBytes(r0, m, size); TestNextBytes(nr, m, size);     }   } }

编译和运行

Linux 64-bit 操作系统

在 Arch Linux 64-bit 操作系统中编译和运行：

$ mcs NrRandomTester.cs NrRandom.cs $ mono NrRandomTester.exe Unix 4.6.3.1 64-bit CLR 4.0.30319.42000  Next():               1,073,741,823  System.Random 14.920 1,073,744,468 Skyiv.NrRandom 16.619 1,073,777,257  Next(max):            4,999.500000  System.Random 19.831 4,999.476177 Skyiv.NrRandom 15.244 4,999.590640  Next(min,max):               0.000  System.Random 41.936    8,672.938 Skyiv.NrRandom 16.405  -13,744.444  NextDouble():         0.5000000000  System.Random 17.517 0.4999909586 Skyiv.NrRandom 14.077 0.5000026850  NextBytes(buffer):    127.500000  System.Random 15.483 127.498822 Skyiv.NrRandom  6.291 127.503321

输出结果中：

方法名称: 　　　            期望的平均值  System.Random 运行时间(秒) 实际的平均值 Skyiv.NrRandom 运行时间(秒) 实际的平均值

其中每种方法都生成 10 ⁹ 个随机数来进行测试。可以看出：

对于 Next() 方法， NrRandom 类的性能略差于 Random 类。
对于 Next(max) 方法， NrRandom 类的性能优于 Random 类。
对于 Next(min,max) 方法， NrRandom 类的性能大大优于 Random 类。
对于 NextDouble() 方法， NrRandom 类的性能优于 Random 类。
对于 NextBytes(buffer) 方法， NrRandom 类的性能大大优于 Random 类。
对于这两个类，各个方法生成的随机数的平均值都中规中矩。

Windows 64-bit 操作系统

随机数（三）

C> NrRandomTester.exe Microsoft Windows NT 6.1.7601 Service Pack 1 64-bit CLR 4.0.30319.42000  Next():               1,073,741,823  System.Random 11.030 1,073,763,381 Skyiv.NrRandom 11.944 1,073,745,494  Next(max):            4,999.500000  System.Random 16.585 4,999.546877 Skyiv.NrRandom 10.319 4,999.411534  Next(min,max):               0.000  System.Random 31.271   37,382.863 Skyiv.NrRandom 11.942  -39,145.860  NextDouble():         0.5000000000  System.Random 13.122 0.5000071087 Skyiv.NrRandom  9.548 0.4999977242  NextBytes(buffer):    127.500000  System.Random 12.009 127.497139 Skyiv.NrRandom  7.090 127.503601

测试结果与 Linux 64-bit 操作系统一致。

Windows 32-bit 操作系统

随机数（三）

C:> NrRandomTester.exe Microsoft Windows NT 6.1.7601 Service Pack 1 32-bit CLR 4.0.30319.42000  Next():               1,073,741,823  System.Random 11.455 1,073,751,534 Skyiv.NrRandom 35.625 1,073,754,659  Next(max):            4,999.500000  System.Random 18.431 4,999.490003 Skyiv.NrRandom 33.778 4,999.364559  Next(min,max):               0.000  System.Random 50.525   17,712.270 Skyiv.NrRandom 46.544  -10,609.773  NextDouble():         0.5000000000  System.Random 14.538 0.4999985216 Skyiv.NrRandom 26.370 0.4999974172  NextBytes(buffer):    127.500000  System.Random 11.726 127.500430 Skyiv.NrRandom  9.558 127.500100

测试结果出乎意料，除了 Next(min,max) 和 NextBytes(buffer) 方法， NrRandom 类的性能略优于 Random 类，其余方法， NrRandom 类的性能均大大差于 Random 类。我想，这是由于 NrRandom 类生成随机数时，使用 long （64-bit 整数）进行运算，而 32-bit 的操作系统的 64-bit 整数运算的性能低下造成的。

原文 http://www.ituring.com.cn/article/217728

正文到此结束