basis/random/mersenne-twister/mersenne-twister.factor

   1 ! Copyright (C) 2005, 2008 Doug Coleman.
   2 ! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
   3 ! mersenne twister based on
   4 ! http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/CODES/mt19937ar.c
   5 USING: kernel math namespaces sequences sequences.private system
   6 init accessors math.ranges random math.bitwise combinators
   7 specialized-arrays.uint fry ;
   8 IN: random.mersenne-twister
   9
  10 <PRIVATE
  11
  12 TUPLE: mersenne-twister { seq uint-array } { i fixnum } ;
  13
  14 : n 624 ; inline
  15 : m 397 ; inline
  16 : a uint-array{ 0 HEX: 9908b0df } ; inline
  17
  18 : y ( n seq -- y )
  19     [ nth-unsafe 31 mask-bit ]
  20     [ [ 1+ ] [ nth-unsafe ] bi* 31 bits ] 2bi bitor ; inline
  21
  22 : mt[k] ( offset n seq -- )
  23     [
  24         [ [ + ] dip nth-unsafe ]
  25         [ y [ 2/ ] [ 1 bitand a nth ] bi bitxor ] 2bi
  26         bitxor
  27     ] 2keep set-nth-unsafe ; inline
  28
  29 : mt-generate ( mt -- )
  30     [
  31         seq>>
  32         [ [ n m - ] dip '[ [ m ] dip _ mt[k] ] each ]
  33         [ [ m 1- ] dip '[ [ m n - ] [ n m - + ] bi* _ mt[k] ] each ]
  34         bi
  35     ] [ 0 >>i drop ] bi ; inline
  36
  37 : init-mt-formula ( i seq -- f(seq[i]) )
  38     dupd nth dup -30 shift bitxor 1812433253 * + 1+ 32 bits ; inline
  39
  40 : init-mt-rest ( seq -- )
  41     n 1- swap '[
  42         _ [ init-mt-formula ] [ [ 1+ ] dip set-nth ] 2bi
  43     ] each ; inline
  44
  45 : init-mt-seq ( seed -- seq )
  46     32 bits n <uint-array>
  47     [ set-first ] [ init-mt-rest ] [ ] tri ; inline
  48
  49 : mt-temper ( y -- yt )
  50     dup -11 shift bitxor
  51     dup 7 shift HEX: 9d2c5680 bitand bitxor
  52     dup 15 shift HEX: efc60000 bitand bitxor
  53     dup -18 shift bitxor ; inline
  54
  55 : next-index  ( mt -- i )
  56     dup i>> dup n < [ nip ] [ drop mt-generate 0 ] if ; inline
  57
  58 PRIVATE>
  59
  60 : <mersenne-twister> ( seed -- obj )
  61     init-mt-seq 0 mersenne-twister boa
  62     dup mt-generate ;
  63
  64 M: mersenne-twister seed-random ( mt seed -- )
  65     init-mt-seq >>seq drop ;
  66
  67 M: mersenne-twister random-32* ( mt -- r )
  68     [ next-index ]
  69     [ seq>> nth-unsafe mt-temper ]
  70     [ [ 1+ ] change-i drop ] tri ;
  71
  72 USE: init
  73
  74 [
  75     [ 32 random-bits ] with-system-random
  76     <mersenne-twister> random-generator set-global
  77 ] "bootstrap.random" add-init-hook