Add Mersenne Twister RNG library/header. Generalize to stream<< any std::map<T> as...
authorDariusz Murakowski <murakdar@mit.edu>
Fri, 5 Apr 2013 05:37:53 +0000 (01:37 -0400)
committerDariusz Murakowski <murakdar@mit.edu>
Fri, 5 Apr 2013 05:45:13 +0000 (01:45 -0400)
mt19937ar.h [new file with mode: 0644]
wf.cpp

diff --git a/mt19937ar.h b/mt19937ar.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..8755c8f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,249 @@
+// SOURCE DOWNLOADED FROM: http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/CODES/mt19937ar.c
+// MORE INFO: http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/emt19937ar.html
+
+/* 
+   A C-program for MT19937, with initialization improved 2002/1/26.
+   Coded by Takuji Nishimura and Makoto Matsumoto.
+
+   Before using, initialize the state by using init_genrand(seed)  
+   or init_by_array(init_key, key_length).
+
+   Copyright (C) 1997 - 2002, Makoto Matsumoto and Takuji Nishimura,
+   All rights reserved.                          
+
+   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+   modification, are permitted provided that the following conditions
+   are met:
+
+     1. Redistributions of source code must retain the above copyright
+        notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+
+     2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+        notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
+        documentation and/or other materials provided with the distribution.
+
+     3. The names of its contributors may not be used to endorse or promote 
+        products derived from this software without specific prior written 
+        permission.
+
+   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
+   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
+   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
+   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
+   CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
+   EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
+   PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
+   PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
+   LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
+   NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
+   SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+
+
+   Any feedback is very welcome.
+   http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html
+   email: m-mat @ math.sci.hiroshima-u.ac.jp (remove space)
+*/
+
+#include <stdio.h>
+
+/* Period parameters */  
+#define N 624
+#define M 397
+#define MATRIX_A 0x9908b0dfUL   /* constant vector a */
+#define UPPER_MASK 0x80000000UL /* most significant w-r bits */
+#define LOWER_MASK 0x7fffffffUL /* least significant r bits */
+
+static unsigned long mt[N]; /* the array for the state vector  */
+static int mti=N+1; /* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */
+
+/* initializes mt[N] with a seed */
+void init_genrand(unsigned long s)
+{
+    mt[0]= s & 0xffffffffUL;
+    for (mti=1; mti<N; mti++) {
+        mt[mti] = 
+           (1812433253UL * (mt[mti-1] ^ (mt[mti-1] >> 30)) + mti); 
+        /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
+        /* In the previous versions, MSBs of the seed affect   */
+        /* only MSBs of the array mt[].                        */
+        /* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto             */
+        mt[mti] &= 0xffffffffUL;
+        /* for >32 bit machines */
+    }
+}
+
+/* initialize by an array with array-length */
+/* init_key is the array for initializing keys */
+/* key_length is its length */
+/* slight change for C++, 2004/2/26 */
+void init_by_array(unsigned long init_key[], int key_length)
+{
+    int i, j, k;
+    init_genrand(19650218UL);
+    i=1; j=0;
+    k = (N>key_length ? N : key_length);
+    for (; k; k--) {
+        mt[i] = (mt[i] ^ ((mt[i-1] ^ (mt[i-1] >> 30)) * 1664525UL))
+          + init_key[j] + j; /* non linear */
+        mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
+        i++; j++;
+        if (i>=N) { mt[0] = mt[N-1]; i=1; }
+        if (j>=key_length) j=0;
+    }
+    for (k=N-1; k; k--) {
+        mt[i] = (mt[i] ^ ((mt[i-1] ^ (mt[i-1] >> 30)) * 1566083941UL))
+          - i; /* non linear */
+        mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
+        i++;
+        if (i>=N) { mt[0] = mt[N-1]; i=1; }
+    }
+
+    mt[0] = 0x80000000UL; /* MSB is 1; assuring non-zero initial array */ 
+}
+
+/* generates a random number on [0,0xffffffff]-interval */
+unsigned long genrand_int32(void)
+{
+    unsigned long y;
+    static unsigned long mag01[2]={0x0UL, MATRIX_A};
+    /* mag01[x] = x * MATRIX_A  for x=0,1 */
+
+    if (mti >= N) { /* generate N words at one time */
+        int kk;
+
+        if (mti == N+1)   /* if init_genrand() has not been called, */
+            init_genrand(5489UL); /* a default initial seed is used */
+
+        for (kk=0;kk<N-M;kk++) {
+            y = (mt[kk]&UPPER_MASK)|(mt[kk+1]&LOWER_MASK);
+            mt[kk] = mt[kk+M] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
+        }
+        for (;kk<N-1;kk++) {
+            y = (mt[kk]&UPPER_MASK)|(mt[kk+1]&LOWER_MASK);
+            mt[kk] = mt[kk+(M-N)] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
+        }
+        y = (mt[N-1]&UPPER_MASK)|(mt[0]&LOWER_MASK);
+        mt[N-1] = mt[M-1] ^ (y >> 1) ^ mag01[y & 0x1UL];
+
+        mti = 0;
+    }
+  
+    y = mt[mti++];
+
+    /* Tempering */
+    y ^= (y >> 11);
+    y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680UL;
+    y ^= (y << 15) & 0xefc60000UL;
+    y ^= (y >> 18);
+
+    return y;
+}
+
+/* generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval */
+long genrand_int31(void)
+{
+    return (long)(genrand_int32()>>1);
+}
+
+/* generates a random number on [0,1]-real-interval */
+double genrand_real1(void)
+{
+    return genrand_int32()*(1.0/4294967295.0); 
+    /* divided by 2^32-1 */ 
+}
+
+/* generates a random number on [0,1)-real-interval */
+double genrand_real2(void)
+{
+    return genrand_int32()*(1.0/4294967296.0); 
+    /* divided by 2^32 */
+}
+
+/* generates a random number on (0,1)-real-interval */
+double genrand_real3(void)
+{
+    return (((double)genrand_int32()) + 0.5)*(1.0/4294967296.0); 
+    /* divided by 2^32 */
+}
+
+/* generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution*/
+double genrand_res53(void) 
+{ 
+    unsigned long a=genrand_int32()>>5, b=genrand_int32()>>6; 
+    return(a*67108864.0+b)*(1.0/9007199254740992.0); 
+} 
+/* These real versions are due to Isaku Wada, 2002/01/09 added */
+
+/*
+int main(void)
+{
+    int i;
+    unsigned long init[4]={0x123, 0x234, 0x345, 0x456}, length=4;
+    init_by_array(init, length);
+    printf("1000 outputs of genrand_int32()\n");
+    for (i=0; i<1000; i++) {
+      printf("%10lu ", genrand_int32());
+      if (i%5==4) printf("\n");
+    }
+    printf("\n1000 outputs of genrand_real2()\n");
+    for (i=0; i<1000; i++) {
+      printf("%10.8f ", genrand_real2());
+      if (i%5==4) printf("\n");
+    }
+    return 0;
+}
+*/
+#undef N
+#undef M
+#undef MATRIX_A
+#undef UPPER_MASK
+#undef LOWER_MASK
+
+
+
+#define MT_RAND_MAX 0xffffffffUL  /* 2**32 - 1 */
+
+/*
+ * generate uniform 0 <= x < N, i.e. interval [0,N)
+ * int x = (int)((double)rand() / (((double)RAND_MAX + (double)1.0) / N))
+ */
+
+/*
+ * Returns a random integer in the range [0..limit)
+ * see http://stackoverflow.com/questions/2999075/generate-a-random-number-within-range/2999130#2999130
+ * and http://stackoverflow.com/questions/10219355/does-n-rand-rand-max-make-a-skewed-random-number-distribution/10219422#10219422
+ * alternate at http://stackoverflow.com/questions/11641629/generating-a-uniform-distribution-of-integers-in-c/11658168#11658168
+ * also http://c-faq.com/lib/randrange.html
+ * and GSL source: http://bzr.savannah.gnu.org/lh/gsl/trunk/annotate/head:/rng/gsl_rng.h
+ */
+unsigned int rand_lim(unsigned int limit) {
+    unsigned int divisor = MT_RAND_MAX/limit;
+    unsigned int retval;
+    do {
+        retval = genrand_int32() / divisor;
+    } while (retval >= limit);
+    return retval;
+}
+
+#undef MT_RAND_MAX
+
+/* generate a random number generator seed from /dev/urandom */
+// borrowed from SSC src/runtime/ssc_rts.c
+static unsigned ising_sim_random_seed() {
+    unsigned random_seed;
+    FILE *rng = fopen("/dev/urandom", "r");
+    if (rng == NULL) {
+        fprintf(stderr,
+                "error: cannot read /dev/urandom randomness generator\n");
+        exit(1);
+    }
+    size_t num_random_read = fread(&random_seed, sizeof(random_seed), 1, rng);
+    if (num_random_read != 1) {
+        fprintf(stderr,
+                "error: cannot read /dev/urandom randomness generator\n");
+        exit(1);
+    }
+    fclose(rng);
+    return random_seed;
+}
+
diff --git a/wf.cpp b/wf.cpp
index d0bbe04..dc0902f 100644 (file)
--- a/wf.cpp
+++ b/wf.cpp
@@ -7,16 +7,19 @@
 #include <algorithm>    // std::copy
 #include <iterator>     // std::ostream_iterator
 
+#include "mt19937ar.h"
+
 typedef unsigned int spin_t;
 typedef std::set<spin_t> mutset_t;  // virus is defined by set of mutations
 typedef std::map<mutset_t,int> pop_t;   // number of each virus species
 
 /*
- * print a set of mutations to stream as a CSV-like string
+ * print a set of mutations (or anything) to stream as a CSV-like string
  */
-std::ostream& operator<<(std::ostream& os, mutset_t v)
+template <typename T>
+std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const std::set<T> &v)
 {
-    mutset_t::iterator i = v.begin(), end = v.end();
+    typename std::set<T>::iterator i = v.begin(), end = v.end();
     os << *i;  // print first element
     for (++i; i != end; ++i)  // then with comma as prefix
         os << ',' << *i;