home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Datafile PD-CD 4 / DATAFILE_PDCD4.iso / unix / unixtools / util / c / random < prev    next >
Text File  |  1992-07-21  |  12KB  |  372 lines
  1. /*
  2.  * Copyright (c) 1983 Regents of the University of California.
  3.  * All rights reserved.
  4.  *
  5.  * Redistribution and use in source and binary forms are permitted
  6.  * provided that the above copyright notice and this paragraph are
  7.  * duplicated in all such forms and that any documentation,
  8.  * advertising materials, and other materials related to such
  9.  * distribution and use acknowledge that the software was developed
  10.  * by the University of California, Berkeley.  The name of the
  11.  * University may not be used to endorse or promote products derived
  12.  * from this software without specific prior written permission.
  13.  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND WITHOUT ANY EXPRESS OR
  14.  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED
  15.  * WARRANTIES OF MERCHANTIBILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
  16.  */
  17.  
  18. #include <stdio.h>
  19. #include "utils.h"
  20.  
  21. /*
  22.  * random.c:
  23.  * An improved random number generation package.  In addition to the standard
  24.  * rand()/srand() like interface, this package also has a special state info
  25.  * interface.  The initstate() routine is called with a seed, an array of
  26.  * bytes, and a count of how many bytes are being passed in; this array is then
  27.  * initialized to contain information for random number generation with that
  28.  * much state information.  Good sizes for the amount of state information are
  29.  * 32, 64, 128, and 256 bytes.  The state can be switched by calling the
  30.  * setstate() routine with the same array as was initiallized with initstate().
  31.  * By default, the package runs with 128 bytes of state information and
  32.  * generates far better random numbers than a linear congruential generator.
  33.  * If the amount of state information is less than 32 bytes, a simple linear
  34.  * congruential R.N.G. is used.
  35.  * Internally, the state information is treated as an array of longs; the
  36.  * zeroeth element of the array is the type of R.N.G. being used (small
  37.  * integer); the remainder of the array is the state information for the
  38.  * R.N.G.  Thus, 32 bytes of state information will give 7 longs worth of
  39.  * state information, which will allow a degree seven polynomial.  (Note: the
  40.  * zeroeth word of state information also has some other information stored
  41.  * in it -- see setstate() for details).
  42.  * The random number generation technique is a linear feedback shift register
  43.  * approach, employing trinomials (since there are fewer terms to sum up that
  44.  * way).  In this approach, the least significant bit of all the numbers in
  45.  * the state table will act as a linear feedback shift register, and will have
  46.  * period 2^deg - 1 (where deg is the degree of the polynomial being used,
  47.  * assuming that the polynomial is irreducible and primitive).  The higher
  48.  * order bits will have longer periods, since their values are also influenced
  49.  * by pseudo-random carries out of the lower bits.  The total period of the
  50.  * generator is approximately deg*(2**deg - 1); thus doubling the amount of
  51.  * state information has a vast influence on the period of the generator.
  52.  * Note: the deg*(2**deg - 1) is an approximation only good for large deg,
  53.  * when the period of the shift register is the dominant factor.  With deg
  54.  * equal to seven, the period is actually much longer than the 7*(2**7 - 1)
  55.  * predicted by this formula.
  56.  */
  57.  
  58. /*
  59.  * For each of the currently supported random number generators, we have a
  60.  * break value on the amount of state information (you need at least this
  61.  * many bytes of state info to support this random number generator), a degree
  62.  * for the polynomial (actually a trinomial) that the R.N.G. is based on, and
  63.  * the separation between the two lower order coefficients of the trinomial.
  64.  */
  65.  
  66. #define        TYPE_0        0        /* linear congruential */
  67. #define        BREAK_0        8
  68. #define        DEG_0        0
  69. #define        SEP_0        0
  70.  
  71. #define        TYPE_1        1        /* x**7 + x**3 + 1 */
  72. #define        BREAK_1        32
  73. #define        DEG_1        7
  74. #define        SEP_1        3
  75.  
  76. #define        TYPE_2        2        /* x**15 + x + 1 */
  77. #define        BREAK_2        64
  78. #define        DEG_2        15
  79. #define        SEP_2        1
  80.  
  81. #define        TYPE_3        3        /* x**31 + x**3 + 1 */
  82. #define        BREAK_3        128
  83. #define        DEG_3        31
  84. #define        SEP_3        3
  85.  
  86. #define        TYPE_4        4        /* x**63 + x + 1 */
  87. #define        BREAK_4        256
  88. #define        DEG_4        63
  89. #define        SEP_4        1
  90.  
  91.  
  92. /*
  93.  * Array versions of the above information to make code run faster -- relies
  94.  * on fact that TYPE_i == i.
  95.  */
  96.  
  97. #define        MAX_TYPES    5L    /* max number of types above */
  98.  
  99. static int degrees[MAX_TYPES]    = { DEG_0, DEG_1, DEG_2, DEG_3, DEG_4 };
  100. static int seps[MAX_TYPES]    = { SEP_0, SEP_1, SEP_2, SEP_3, SEP_4 };
  101.  
  102. /*
  103.  * Initially, everything is set up as if from :
  104.  *        initstate (1, &randtbl, 128);
  105.  * Note that this initialization takes advantage of the fact that srandom()
  106.  * advances the front and rear pointers 10*rand_deg times, and hence the
  107.  * rear pointer which starts at 0 will also end up at zero; thus the zeroeth
  108.  * element of the state information, which contains info about the current
  109.  * position of the rear pointer is just
  110.  *    MAX_TYPES*(rptr - state) + TYPE_3 == TYPE_3.
  111.  */
  112.  
  113. static long randtbl[DEG_3 + 1] =
  114. {
  115.     TYPE_3,
  116.     0x9a319039, 0x32d9c024, 0x9b663182, 0x5da1f342,
  117.     0xde3b81e0, 0xdf0a6fb5, 0xf103bc02, 0x48f340fb,
  118.     0x7449e56b, 0xbeb1dbb0, 0xab5c5918, 0x946554fd,
  119.     0x8c2e680f, 0xeb3d799f, 0xb11ee0b7, 0x2d436b86,
  120.     0xda672e2a, 0x1588ca88, 0xe369735d, 0x904f35f7,
  121.     0xd7158fd6, 0x6fa6f051, 0x616e6b96, 0xac94efdc,
  122.     0x36413f93, 0xc622c298, 0xf5a42ab8, 0x8a88d77b,
  123.             0xf5ad9d0e, 0x8999220b, 0x27fb47b9
  124. };
  125.  
  126. /*
  127.  * fptr and rptr are two pointers into the state info, a front and a rear
  128.  * pointer.  These two pointers are always rand_sep places aparts, as they cycle
  129.  * cyclically through the state information.  (Yes, this does mean we could get
  130.  * away with just one pointer, but the code for random() is more efficient this
  131.  * way).  The pointers are left positioned as they would be from the call
  132.  *            initstate( 1, randtbl, 128 )
  133.  * (The position of the rear pointer, rptr, is really 0 (as explained above
  134.  * in the initialization of randtbl) because the state table pointer is set
  135.  * to point to randtbl[1] (as explained below).
  136.  */
  137.  
  138. static long *fptr = &randtbl[SEP_3 + 1];
  139. static long *rptr = &randtbl[1];
  140.  
  141. /*
  142.  * The following things are the pointer to the state information table,
  143.  * the type of the current generator, the degree of the current polynomial
  144.  * being used, and the separation between the two pointers.
  145.  * Note that for efficiency of random(), we remember the first location of
  146.  * the state information, not the zeroeth.  Hence it is valid to access
  147.  * state[-1], which is used to store the type of the R.N.G.
  148.  * Also, we remember the last location, since this is more efficient than
  149.  * indexing every time to find the address of the last element to see if
  150.  * the front and rear pointers have wrapped.
  151.  */
  152.  
  153. static long *state    = &randtbl[1];
  154.  
  155. static int rand_type    = TYPE_3;
  156. static int rand_deg    = DEG_3;
  157. static int rand_sep    = SEP_3;
  158.  
  159. static long *end_ptr    = &randtbl[ DEG_3 + 1 ];
  160.  
  161. /*
  162.  * srandom:
  163.  * Initialize the random number generator based on the given seed.  If the
  164.  * type is the trivial no-state-information type, just remember the seed.
  165.  * Otherwise, initializes state[] based on the given "seed" via a linear
  166.  * congruential generator.  Then, the pointers are set to known locations
  167.  * that are exactly rand_sep places apart.  Lastly, it cycles the state
  168.  * information a given number of times to get rid of any initial dependencies
  169.  * introduced by the L.C.R.N.G.
  170.  * Note that the initialization of randtbl[] for default usage relies on
  171.  * values produced by this routine.
  172.  */
  173.  
  174. void srandom (unsigned x)
  175. {
  176.         register int i, j;
  177.  
  178.     if (rand_type == TYPE_0)
  179.     {
  180.         state[0] = x;
  181.     }
  182.     else
  183.     {
  184.         j = 1;
  185.         state[0] = x;
  186.  
  187.         for( i = 1; i < rand_deg; i++ )
  188.             state[i] = 1103515245*state[i - 1] + 12345;
  189.  
  190.         fptr = &state[rand_sep];
  191.         rptr = &state[0];
  192.  
  193.         for( i = 0; i < 10*rand_deg; i++ )
  194.             random();
  195.     }
  196. }
  197.  
  198. /*
  199.  * initstate:
  200.  * Initialize the state information in the given array of n bytes for
  201.  * future random number generation.  Based on the number of bytes we
  202.  * are given, and the break values for the different R.N.G.'s, we choose
  203.  * the best (largest) one we can and set things up for it.  srandom() is
  204.  * then called to initialize the state information.
  205.  * Note that on return from sran