Matlab中随机数生成控制

题目：Matlab中随机数生成控制

        这里不讨论各随机数生成函数的使用方法（例如rand, randn, randi, randperm等），重点讨论如何重复生成一样的随机数，因为很多算法中存在随机数生成环节，每次运行程序的结果都不一样，那么自然地就希望能够控制随机数的生成过程，以保证结果能够复现。

        以两个程序说明。首先运行如下程序：

%demo_randomseed1.m
clc;clear;close all;
%在程序开始前记录当前随机数生成器状态
scurr = rng;

%接下来写你的程序(包含随机数生成环节)
R1 = rand(5);%随机生成0~1之间的5*5矩阵
R2 = randn(5);%随机生成正态分布的5*5矩阵

%保存实验结果(含随机数生成器状态)
save('demo_rng.mat','R1', 'R2', 'scurr');

        为了复现如上程序中的实验结果（R1和R2），可以运行如下程序：

%demo_randomseed2.m
clc;clear;close all;

demo_res = load('demo_rng.mat');
%在程序开始前按前面的记录设置当前随机数生成器状态
rng(demo_res.scurr);

%接下来写你的程序(包含随机数生成环节)
R1 = rand(5);%随机生成0~1之间的5*5矩阵
R2 = randn(5);%随机生成正态分布的5*5矩阵

%检验结果是否完全复现
norm(R1 - demo_res.R1)
norm(R2 - demo_res.R2)

        可以发现第二段程序生成的R1和R2与第一段程序中的R1和R2完全相同。

        因此，如果需要复现带有随机数生成环节的程序结果，只需在此程序开始时记录随机数生成状态（并将该状态保存）：

scurr = rng;

        当需要重复运行这段程序时，将保存好的随机数生成状态加载进来，在此程序开始时设置为当前的随机数生成状态即可：

rng(scurr);

        Matlab内置函数rng的使用说明可以通过“help rng”来查看帮助文档，亦可访问如下链接：

        中文版：控制随机数生成器 - MATLAB rng- MathWorks 中国

        英文版：Control random number generator - MATLAB rng- MathWorks China

        然而，在旧版本的Matlab中并不含有rng函数(rng函数在 R2011a 中推出，旧版本指R2011a之前的Matlab)，个人常用的设置方法包括：

        rand('seed',sd)

        randn('seed',sd)

        rand('state',s)

        randn('state',s)

这种写法在新版Matlab中已不再推荐，根据官方文档说明，不推荐继续使用的理由包括：

1. 对于生成器来说，'seed' 和 'state' 的说法具有误导性。
2. 所有生成器（'twister' 除外）都有缺陷。
3. 它们对 rand 和 randn 使用不同的生成器，但这没有必要。

但有时如果想复现过去曾在老版本中的实验结果，就需要搞清楚以上写法与新版Matlab中rng设置方法的对应关系，具体如下：

rand/randn 所用生成器的名称	rng 所用生成器的名称
'seed'	'v4'
'state'	'v5uniform'（对于 rand） 或 'v5normal'（对于 randn）
'twister'	'twister'（推荐）

也就是说:

        rand('seed',sd)和randn('seed',sd)等价于rng(sd,'v4')

        rand('state',s)和randn('state',s)分别等价于rng(s, 'v5uniform')和rng(s, 'v5normal')

        rand('twister',5489)等价于rng(0,'twister');

可以试验一下，以下每两行代码输出的5*5矩阵是一样的：

rand('seed',0);rand(5)
rng(0,'v4');rand(5)

randn('seed',0);randn(5)
rng(0,'v4');randn(5)

rand('state',0);rand(5)
rng(0,'v5uniform');rand(5)

randn('state', 0);randn(5)
rng(0,'v5normal');randn(5)

rand('twister',5489);rand(5)
rng(5489,'twister');rand(5)

注意1：目前没有深究梅森旋转生成器twister的原理，只是尝试到rand('twister',twid);和rng(twid,'twister');两条指令中，当twid从1到5489变化时二者是等价的。

注意2：老版本中rand 和 randn 分别使用不同的生成器，如果你设置了rand(‘state’, 0), 但对于randn函数是不起作用的；同理，如果你设置了randn(‘state’, 0), 对于rand, randi, randperm等函数也是不起作用的。

        关于新老版本的对应关系可以访问如下链接：

        中文版：更换不推荐的 rand 和 randn 语法- MATLAB & Simulink- MathWorks 中国

        英文版：Replace Discouraged Syntaxes of rand and randn- MATLAB & Simulink- MathWorks China