Два момента - во-первых, пример на Фортране, но я думаю, что он должен быть применим для любого языка; во-вторых, встроенные генераторы случайных чисел не являются действительно случайными, и другие генераторы существуют, но мы не заинтересованы в их использовании для того, что мы делаем.
Большинство дискуссий о случайных семенах признают, что если программа не генерирует семена во время выполнения, то они генерируются во время компиляции. Таким образом, при каждом запуске программы генерируется одна и та же последовательность чисел, что не очень хорошо для случайных чисел. Один из способов решения этой проблемы - засеять генератор случайных чисел системными часами.
Однако при параллельной работе с MPI на многоядерной машине подход с использованием системных часов породил те же проблемы. Хотя последовательности менялись от запуска к запуску, все процессоры получали одинаковые системные часы и, следовательно, одинаковое случайное зерно и одинаковые последовательности.
Рассмотрим следующий пример кода:
PROGRAM clock_test
IMPLICIT NONE
INCLUDE "mpif.h"
INTEGER :: ierr, rank, clock, i, n, method
INTEGER, DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: seed
REAL(KIND=8) :: random
INTEGER, PARAMETER :: OLD_METHOD = 0, &
NEW_METHOD = 1
CALL MPI_INIT(ierr)
CALL MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
CALL RANDOM_SEED(SIZE=n)
ALLOCATE(seed(n))
DO method = 0, 1
SELECT CASE (method)
CASE (OLD_METHOD)
CALL SYSTEM_CLOCK(COUNT=clock)
seed = clock + 37 * (/ (i - 1, i = 1, n) /)
CALL RANDOM_SEED(put=seed)
CALL RANDOM_NUMBER(random)
WRITE(*,*) "OLD Rank, dev = ", rank, random
CASE (NEW_METHOD)
OPEN(89,FILE='/dev/urandom',ACCESS='stream',FORM='UNFORMATTED')
READ(89) seed
CLOSE(89)
CALL RANDOM_SEED(put=seed)
CALL RANDOM_NUMBER(random)
WRITE(*,*) "NEW Rank, dev = ", rank, random
END SELECT
CALL MPI_BARRIER(MPI_COMM_WORLD, ierr)
END DO
CALL MPI_FINALIZE(ierr)
END PROGRAM clock_test
Который при запуске на моей рабочей станции с 2 ядрами дает:
OLD Rank, dev = 0 0.330676306089146
OLD Rank, dev = 1 0.330676306089146
NEW Rank, dev = 0 0.531503215980609
NEW Rank, dev = 1 0.747413828750221
Итак, мы решили проблему с часами, считывая семя из /dev/urandom
. Таким образом, каждое ядро получает свое собственное случайное число.
Какие еще существуют подходы к семенам, которые будут работать в многоядерной MPI-системе и при этом будут уникальными для каждого ядра от запуска к запуску?