线程安全的均匀随机数发生器

Question

我有一些并行的Fortran90代码，其中每个线程需要生成相同的随机数序列。

我有一个随机数生成器似乎是线程不安全的，因为对于给定的种子，我每次运行程序时都完全无法重复相同的结果。

我（几乎）整个网络都没有成功地查找一些线程安全的RNG代码。任何人都可以向我提供一个代码（链接）吗？

提前致谢！

Answer 1

可以在Pseudorandom number generator找到一个很好的Qazxswpoi for Fortran90。它们是线程安全的。另外，为什么它需要线程安全？如果希望每个线程获得相同的列表，请为具有相同种子的每个线程实例化一个新的PRNG。

Answer 2

大多数可重复的随机数发生器需要某种形式的状态。没有国家，他们就无法做到接下来的事情。为了保证线程安全，你需要一种方法来自己保持状态（即，它不能是全局的）。

Answer 3

当你说“需要生成相同的随机数序列”时，你的意思是

• 每个线程需要生成一个与另一个线程相同的数字流？这意味着在剥离线程之前选择种子，然后使用相同的种子在每个线程中实例化线程局部PRNG。

要么

• 您希望能够在程序的不同运行之间重复相同的数字序列，但每个线程都会生成它自己的独立序列吗？在这种情况下，您仍然无法共享单个PRNG，因为线程操作序列是非确定性的。因此，在启动线程之前，使用已知种子为单个PRNG播种，并使用它为线程生成初始种子。然后在每个线程中实例化线程本地生成器......

在每种情况下，你都应该注意Intel Math Kernel Vector Statistical Library对统计数据所说的内容：当以这种方式生成混合流时，PRNG所声称的大多数通常保证都不可靠。

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在这两种情况下，您都需要线程本地PRNG。我不知道f90中有什么可用...但你也可以自己编写（查找Neil Butterworth，编写一个以保存状态作为参数的例程......）。

在堡垒77，这看起来像

Mersenne Twister

并且每个线程都应该保持一个单独的状态向量，尽管所有线程都使用相同的初始值。

Answer 4

我知道你需要每个线程产生相同的随机数流。

一个非常好的伪随机生成器，它将生成一个可重现的数字流，并且非常快，是

      function PRNGthread (state)

      double state(statesize)

c stuff happens here which uses and manipulates the state vector...

      PRNGthread = result
      return 

。只需确保在产生线程之前生成种子，但在每个线程中生成一个单独的MT实例（使MT线程的实例成为本地）。这样就可以保证每个MT都能产生相同的数字流。

Answer 5

MT19937怎么样？我自己没试过。

Answer 6

我编写了一个线程安全的Fortran 90版Mersenne Twister / MT19973。 PRNG的状态保存在派生类型（randomNumberSequence）中，您可以使用过程为生成器设定种子或获取序列中的下一个元素。

见SPRNG

Answer 7

替代方案似乎是：

• 在生成器的种子值上使用同步对象（例如互斥锁）。不幸的是，这会在访问生成器时序列化您的代码
• 在生成器中使用线程本地存储，以便每个线程都有自己的种子 - 这可能会导致应用程序出现统计问题
• 如果您的平台支持合适的原子操作，请在种子上使用它（但可能不会）

我知道，这不是一个非常令人鼓舞的名单加上它，我不知道如何在FORTRAN中实现它们中的任何一个！

Answer 8

本文http://code.google.com/p/i3rc-monte-carlo-model/source/browse/trunk/Code/RandomNumbersForMC.f95不仅链接到Fortran实现，还提到了使PRNG可用于线程所需的关键点。最重要的一点是：

Fortran90版本的Ziggurat有几个变量和带有'SAVE'属性的数组。为了并行化统一的RNG，似乎所需的更改是使这些变量数组为每个线程分别设置一个值（注意错误共享）。然后当调用PRNG函数时，我们必须传递线程号，并使用相应的状态值。