opencv隨機數發生器RNG

用OpenCV做算法的朋友們肯定爲隨機數煩惱過，新版本一直支持隨機數產生器啦，而且還繼續支持之前版本的c格式的函數，不過與時俱進，我這裏介紹C++的RNG類。它可以壓縮一個64位的i整數並可以得到scalar和array的隨機數。目前的版本支持均勻分佈隨機數和Gaussian分佈隨機數。隨機數的產生採用的是Multiply-With-Carry算法和Ziggurat算法。

其構造函數的初始化可以傳入一個64位的整型參數作爲隨機數產生器的初值。next可以取出下一個隨機數，uniform函數可以返回指定範圍的隨機數，gaussian函數返回一個高斯隨機數，fill則用隨機數填充矩陣。

這裏介紹一個uniform的使用事項，就是比如利用它產生0~1的隨機數的問題，具體代碼如下：

RNG rng;
// always produces 0
double a = rng.uniform(0, 1);
// produces double from [0, 1)
double a1 = rng.uniform((double)0, (double)1);
// produces float from [0, 1)
double b = rng.uniform(0.f, 1.f);
// produces double from [0, 1)
double c = rng.uniform(0., 1.);
// may cause compiler error because of ambiguity:
// RNG::uniform(0, (int)0.999999)? or RNG::uniform((double)0, 0.99999)?
double d = rng.uniform(0, 0.999999);

就是不能寫成rng.uniform( 0 , 1)，因爲輸入爲int型參數，會調用uniform（int，int），只能產生0。請大家注意使用^_^

還有一些隨機數相關的函數，比如randu可以產生一個均勻分佈的隨機數或者矩陣，randn可以產生一個正態分佈的隨機數，randShuffle可以隨機打亂矩陣元素

下面是類RNG的定義：

   Random Number Generator 
 
   The class implements RNG using Multiply-with-Carry algorithm 
*/  
class CV_EXPORTS RNG  
{  
public:  
    enum { UNIFORM=0, NORMAL=1 };  
  
      
RNG();//默認構造函數  
// inline RNG::RNG() { state = 0xffffffff; }  
  
RNG(uint64 state);//帶參數的構造函數，接受一個64位無符號的值。  
//inline RNG::RNG(uint64 _state) { state = _state ? _state : 0xffffffff; }  
  
  
//! updates the state and returns the next 32-bit unsigned integer random number  
    unsigned next();  
/* 
inline unsigned RNG::next() 
{ 
    state = (uint64)(unsigned)state*CV_RNG_COEFF + (unsigned)(state >> 32); 
    return (unsigned)state; 
} 
#define CV_RNG_COEFF 4164903690U 
用兩個很大的無符號數相乘，乘積結果要轉換爲64位無符號數，轉換的時候兩個乘數應該向高精度看起，所以應該也先轉換爲64位再相乘。把state右移32位得到一個數，把這兩個數相加。函數返回一個32位的無符號數，其值爲截斷前面求得的和。 
*/  
  
  
//以下幾個函數是從類到uchar.schar,ushort,short,usinged的顯示轉換函數  
operator uchar();//返回一個8位無符號類型的隨機數，把next返回的數截斷  
//inline RNG::operator uchar() { return (uchar)next(); }  
  
  
operator schar();//返回一個8爲有符號類型的隨機數。???會產生負數嗎，返回的也是截斷的next返回值。莫非是截斷後得到的最高位作爲符號位，這樣也可能是隨機的。???  
//inline RNG::operator schar() { return (schar)next(); }  
  
  
operator ushort();//返回一個無符號16爲整數  
//inline RNG::operator ushort() { return (ushort)next(); }  
  
operator short();//返回一個有符號16爲整數  
// inline RNG::operator short() { return (short)next(); }  
  
  
operator unsigned();//返回一個無符號32爲整數  
// inline RNG::operator unsigned() { return next(); }  
  
  
//! returns a random integer sampled uniformly from [0, N).  
unsigned operator ()(unsigned N);//重載括號操作符，帶參數。在(0,N)之間返回一個整數，調用uniform成員函數  
//inline unsigned RNG::operator ()(unsigned N) {return (unsigned)uniform(0,N);}  
  
  
unsigned operator ()();//重載括號操作符，無參數。直接返回next結果。  
// inline unsigned RNG::operator ()() {return next();}  
  
  
//放在這個位置有點奇怪，爲什麼不和前邊同類放一起呢？放回一個帶符//號32爲整數  
operator int();  
// inline RNG::operator int() { return (int)next(); }  
  
//返回一個float型(具體多少位看平臺)數。  
operator float();  
// inline RNG::operator float() { return next()*2.3283064365386962890625e-10f; }  
  
//兩個數按位或一下，解釋起來好麻煩  
operator double();  
/* 
inline RNG::operator double() 
{ 
    unsigned t = next(); 
    return (((uint64)t << 32) | next())*5.4210108624275221700372640043497e-20; 
}*/  
  
  
//! returns uniformly distributed integer random number from [a,b) range  
int uniform(int a, int b);//[a,b)內隨機產生一個int型值，均勻的哦！  
// inline int RNG::uniform(int a, int b) { return a == b ? a : (int)(next()%(b - a) + a); }  
  
  
//! returns uniformly distributed floating-point random number from [a,b) range  
float uniform(float a, float b); //[a,b)內隨機產生一個float型值，均勻的哦！  
// inline float RNG::uniform(float a, float b) { return ((float)*this)*(b - a) + a; }  
  
  
//! returns uniformly distributed double-precision floating-point random number from [a,b) range  
double uniform(double a, double b); //[a,b)內隨機產生一個double型值，均勻的  
// inline double RNG::uniform(double a, double b) { return ((double)*this)*(b - a) + a; }  
  
void fill( InputOutputArray mat, int distType, InputArray a, InputArray b, bool saturateRange=false );//這個函數實現很長，暫時略過。  
  
//! returns Gaussian random variate with mean zero.  
double gaussian(double sigma);//返回均值爲0的高斯隨機變量，  
/*double RNG::gaussian(double sigma) 
{ 
    float temp; 
    randn_0_1_32f( &temp, 1, &state ); 
    return temp*sigma; 
}*/  
      
  
  
uint64 state;//種子，next中需要這樣一個初始值  
};  

再簡單介紹一下c版本的隨機數產生器的相關函數，有cvRNG、cvRandArr、cvRandInt、cvRandReal

參考博文：隨機數產生器RNG   隨機類RNG