性能

推荐

推荐用于通用用途的生成器是 PCG64 或其升级版本 PCG64DXSM，后者适用于重度并行用例。它们在统计上质量很高，功能齐全，并且在大多数平台上速度很快，但在为 32 位进程编译时速度稍慢。有关何时重度并行化指示使用 PCG64DXSM 的详细信息，请参阅 使用 PCG64DXSM 升级 PCG64。

Philox 速度相当慢，但其统计特性质量非常高，并且使用唯一的密钥可以轻松获得保证独立的流。如果您希望以这种方式使用并行流，或者您正在从使用这种方式的其他系统进行移植，那么 Philox 是您的选择。

SFC64 在统计上质量很高且速度非常快。但是，它缺少跳跃能力。如果您不使用该功能，并且想要很多速度，即使在 32 位进程上，这也是您的选择。

MT19937 在一些统计测试中失败，并且与现代 PRNG 相比速度不快。因此，我们主要不建议单独使用它，只通过旧版 RandomState 来重现旧结果。也就是说，它作为许多系统的默认值有着悠久的历史。

计时

下面的计时是以纳秒为单位生成特定分布的 1 个随机值的时间。原始的 MT19937 生成器速度要慢得多，因为它需要 2 个 32 位值才能等于更快生成器的输出。

整数性能的排序类似。

对于其他更复杂的生成器，模式类似。旧版 RandomState 生成器的正态性能远低于其他生成器，因为它使用 Box-Muller 变换而不是 Ziggurat 方法。由于计算对数函数来反转 CDF 的成本，指数性能的性能差距也很大。标记为 MT19973 的列使用与 RandomState 相同的 32 位生成器，但使用 Generator 生成随机变量。

	MT19937	PCG64	PCG64DXSM	Philox	SFC64	RandomState
32 位无符号整数	3.3	1.9	2.0	3.3	1.8	3.1
64 位无符号整数	5.6	3.2	2.9	4.9	2.5	5.5
统一值	5.9	3.1	2.9	5.0	2.6	6.0
正态值	13.9	10.8	10.5	12.0	8.3	56.8
指数值	9.1	6.0	5.8	8.1	5.4	63.9
伽马值	37.2	30.8	28.9	34.0	27.5	77.0
二项分布	21.3	17.4	17.6	19.3	15.6	21.4
拉普拉斯分布	73.2	72.3	76.1	73.0	72.3	82.5
泊松分布	111.7	103.4	100.5	109.4	90.7	115.2

下表显示了与旧版生成器 RandomState(MT19937()) 生成的值相比的性能百分比。整体性能使用几何平均值计算。

	MT19937	PCG64	PCG64DXSM	Philox	SFC64
32 位无符号整数	96	162	160	96	175
64 位无符号整数	97	171	188	113	218
统一值	102	192	206	121	233
正态值	409	526	541	471	684
指数值	701	1071	1101	784	1179
伽马值	207	250	266	227	281
二项分布	100	123	122	111	138
拉普拉斯分布	113	114	108	113	114
泊松分布	103	111	115	105	127
总体	159	219	225	174	251

注意

所有计时均在 Linux 上使用 AMD Ryzen 9 3900X 处理器进行。

不同操作系统上的性能

由于编译器和硬件可用性（例如，寄存器宽度）的差异，不同平台上的性能会有所不同。默认的位生成器选择是在 64 位平台上表现良好。32 位操作系统上的性能差异很大。

报告的值是相对于表中 MT19937 速度的标准化值。值为 100 表示性能与 MT19937 匹配。较高的值表示性能有所提高。这些值不能跨表进行比较。

64 位 Linux

分布	MT19937	PCG64	PCG64DXSM	Philox	SFC64
32 位无符号整数	100	168	166	100	182
64 位无符号整数	100	176	193	116	224
统一值	100	188	202	118	228
正态值	100	128	132	115	167
指数值	100	152	157	111	168
总体	100	161	168	112	192

64 位 Windows

64 位 Linux 和 64 位 Windows 上的相对性能大体相似，但 Philox 生成器是例外。

分布	MT19937	PCG64	PCG64DXSM	Philox	SFC64
32 位无符号整数	100	155	131	29	150
64 位无符号整数	100	157	143	25	154
统一值	100	151	144	24	155
正态值	100	129	128	37	150
指数值	100	150	145	28	159
总体	100	148	138	28	154

32 位 Windows

由于寄存器宽度，64 位生成器在 32 位 Windows 上的性能远低于 64 位操作系统。自 2005 年以来一直存在于 NumPy 中的 MT19937 生成器对 32 位整数进行操作。

分布	MT19937	PCG64	PCG64DXSM	Philox	SFC64
32 位无符号整数	100	24	34	14	57
64 位无符号整数	100	21	32	14	74
统一值	100	21	34	16	73
正态值	100	36	57	28	101
指数值	100	28	44	20	88
总体	100	25	39	18	77

注意

Linux 计时使用了 Ubuntu 20.04 和 GCC 9.3.0。Windows 计时是在 Windows 10 上使用 Microsoft C/C++ Optimizing Compiler Version 19（Visual Studio 2019）进行的。所有计时均在 AMD Ryzen 9 3900X 处理器上生成。