add lehmer64 rng
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s2ga.hpp
72
s2ga.hpp
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@ -1,4 +1,74 @@
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#include <array>
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#include <bit>
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#include <random>
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#include <regex>
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namespace s2ga
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{
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template<class... T>
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struct always_false: std::false_type
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{
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};
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class lehmer64
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{
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public:
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lehmer64(__uint128_t seed = 0)
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{
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this->seed(seed);
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}
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void seed(__uint128_t z)
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{
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if(z == 0)
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{
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z = 0xC0FFEE;
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}
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s = z;
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}
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uint64_t operator()() noexcept
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{
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s *= 0xda942042e4dd58b5;
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return s >> 64;
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}
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static constexpr uint64_t min()
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{
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return 0;
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}
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static constexpr uint64_t max()
|
||||
{
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return UINT64_MAX;
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}
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template<typename T>
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T random(T min, T max)
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{
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if constexpr(std::is_integral_v<T>)
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||||
{
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return std::uniform_int_distribution<T>(min, max)(*this);
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||||
}
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||||
else if constexpr(std::is_floating_point_v<T>)
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||||
{
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return std::uniform_real_distribution<T>(min, max)(*this);
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||||
}
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else
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{
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static_assert(always_false<T>::value,
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"unsupported distribution type");
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}
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}
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private:
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__uint128_t s;
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};
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static_assert(std::uniform_random_bit_generator<lehmer64>);
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}; // namespace s2ga
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inline void foo()
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{
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}
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157
tests/test.cpp
157
tests/test.cpp
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@ -1,15 +1,172 @@
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#include "../s2ga.hpp"
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#include <catch2/benchmark/catch_benchmark.hpp>
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#include <catch2/catch_all.hpp>
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||||
#include <catch2/catch_approx.hpp>
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#include <catch2/catch_test_macros.hpp>
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||||
#include <catch2/matchers/catch_matchers_range_equals.hpp>
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||||
#include <cmath>
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#include <numbers>
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#include <random>
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#include <vector>
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using namespace Catch;
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constexpr double TOLERANCE = 1e-4;
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TEST_CASE("lehmer64 rng")
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{
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s2ga::lehmer64 rng(0);
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REQUIRE(rng() != 0);
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const int N = 100;
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{
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std::vector<int> ivalues;
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rng.seed(4);
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||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
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||||
{
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||||
ivalues.emplace_back(rng.random(0, 256));
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||||
}
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||||
rng.seed(4);
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||||
|
||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
|
||||
{
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||||
REQUIRE(ivalues[i] == rng.random(0, 256));
|
||||
}
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||||
}
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||||
{
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||||
std::vector<float> fvalues;
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||||
rng.seed(5);
|
||||
|
||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
|
||||
{
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||||
fvalues.emplace_back(rng.random(-256.0f, 256.0f));
|
||||
}
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||||
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||||
rng.seed(5);
|
||||
|
||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
|
||||
{
|
||||
REQUIRE(fvalues[i] == rng.random(-256.0f, 256.0f));
|
||||
}
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}
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}
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TEST_CASE("Uniform Distribution Tests")
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{
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s2ga::lehmer64 rng(42); // Fixed seed for reproducibility
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||||
SECTION("Integer Uniformity - Chi-Squared Test")
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||||
{
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||||
const int min = 0;
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||||
const int max = 9;
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||||
const int num_samples = 1'000'000;
|
||||
const int num_bins = max - min + 1;
|
||||
const double expected = num_samples / static_cast<double>(num_bins);
|
||||
const double critical_value = 16.92; // χ²(0.05, 9)
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||||
|
||||
std::vector<int> counts(num_bins, 0);
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||||
for(int i = 0; i < num_samples; ++i)
|
||||
{
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||||
int val = rng.random(min, max);
|
||||
++counts[val - min];
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}
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double chi_sq = 0.0;
|
||||
for(int count: counts)
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||||
{
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||||
double diff = count - expected;
|
||||
chi_sq += (diff * diff) / expected;
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}
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||||
CHECK(chi_sq < critical_value);
|
||||
}
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||||
SECTION("Floating Point Uniformity - Kolmogorov-Smirnov Test")
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||||
{
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||||
const double min = 0.0;
|
||||
const double max = 1.0;
|
||||
const int num_samples = 100'000;
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||||
const double ks_critical = 1.36 / std::sqrt(num_samples); // α=0.05
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||||
|
||||
std::vector<double> samples(num_samples);
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||||
std::generate(samples.begin(), samples.end(),
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||||
[&] { return rng.random(min, max); });
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||||
|
||||
std::sort(samples.begin(), samples.end());
|
||||
|
||||
double d_plus = 0.0;
|
||||
double d_minus = 0.0;
|
||||
for(size_t i = 0; i < samples.size(); ++i)
|
||||
{
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||||
double fn = (i + 1.0) / num_samples;
|
||||
double f = samples[i];
|
||||
d_plus = std::max(d_plus, fn - f);
|
||||
d_minus = std::max(d_minus, f - (i / (num_samples - 1.0)));
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||||
}
|
||||
|
||||
double d_stat = std::max(d_plus, d_minus);
|
||||
CHECK(d_stat < ks_critical);
|
||||
}
|
||||
|
||||
SECTION("Edge Case Coverage")
|
||||
{
|
||||
const int iterations = 10'000;
|
||||
|
||||
// Test minimum and maximum inclusion
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||||
bool hit_min = false;
|
||||
bool hit_max = false;
|
||||
for(int i = 0; i < iterations; ++i)
|
||||
{
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||||
int val = rng.random(1, 10);
|
||||
if(val == 1)
|
||||
hit_min = true;
|
||||
if(val == 10)
|
||||
hit_max = true;
|
||||
}
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||||
CHECK(hit_min);
|
||||
CHECK(hit_max);
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|
||||
// Floating point bounds check
|
||||
for(int i = 0; i < iterations; ++i)
|
||||
{
|
||||
double val = rng.random(0.0, 1.0);
|
||||
CHECK(val >= 0.0);
|
||||
CHECK(val < 1.0);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
TEST_CASE("random benchmarking", "[benchmark]")
|
||||
{
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||||
s2ga::lehmer64 rng(0);
|
||||
|
||||
const int N = 100'000'000;
|
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std::mt19937 std_rng(4);
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||||
std::uniform_int_distribution dist(-512, 512);
|
||||
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||||
BENCHMARK("mt19937 100'000'000")
|
||||
{
|
||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
|
||||
{
|
||||
(void)dist(std_rng);
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
BENCHMARK("lehmer64 100'000'000")
|
||||
{
|
||||
for(int i = 0; i < N; ++i)
|
||||
{
|
||||
(void)dist(rng);
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline double sphere(double x, double y)
|
||||
{
|
||||
return std::pow(x, 2.0) + std::pow(y, 2.0);
|
||||
|
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