Metode linear kongruen: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Tidak ada ringkasan suntingan |
Fitur saranan suntingan: 3 pranala ditambahkan. Tag: VisualEditor Suntingan perangkat seluler Suntingan peramban seluler Tugas pengguna baru Disarankan: tambahkan pranala |
||
| (47 revisi perantara oleh 11 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
'''Metode linear kongruen''' (Inggris: ''linear congruent method'', dapat disingkat dengan LCM) merupakan algoritma yang menghasilkan barisan [[bilangan acak]] semu lewat persamaan linear bagian-demi-bagian. Metode ini juga dikenal dengan '''metode kongruen linear,''' '''pembangkit kongruensial linear''' dan '''generator kongruensial linear''' (Inggris: ''linear congruential generator'', LCG). Metode ini termasuk algoritma yang tertua dan terkenal untuk membangkitkan bilangan acak semu.<ref>{{Cite web|title=Linear Congruential Generators - Wolfram Demonstrations Project|url=https://demonstrations.wolfram.com/LinearCongruentialGenerators/|website=demonstrations.wolfram.com|access-date=2021-01-27}}</ref> Konsep metode ini relatif mudah dipahami, mudah diimplementasikan, dan memiliki waktu eksekusi yang cepat, khususnya untuk [[Perangkat keras|perangkat keras komputer]] yang mendukung [[aritmetika modular]] dengan pemotongan pada bit-bit penyimpanan. LCM memanfaatkan [[Relasi pengulangan|relasi rekursif]] linear:
<math>X_{n+1} = \left( a X_n + c \right)~~\bmod~~m</math>
dengan <math>X</math> sebagai [[barisan]] bilangan acak semu, dan konstanta bilangan bulat
: <math> m </math> positif sebagai "[[Modulo operation|modulus]]"
: <math> a</math> dengan <math> 0 < a < m</math> sebagai "pengali"
: <math> c</math> dengan <math> 0 \le c < m</math> sebagai "penambah"; dan
: <math> X_0</math> dengan <math> 0 \le X_0 < m</math> sebagai "benih", "nilai awal", atau "kondisi awal"
sebagai parameter khas untuk LCM. Jika <math> c=0</math>, metode ini umum disebut degan '''metode kongruensial multiplikatif''' (Inggris: ''multiplicative congruential generator'', MCG) atau [[pembangkit Lehmer]]. Jika <math> c\neq0</math>, metode ini disebut '''metode kongruensial campuran'''.<ref name="Knuth-1997">{{cite book|author=Donald E. Knuth|date=6 May 2014|url=http://books.google.com/books?id=Zu-HAwAAQBAJ&pg=PT4|title=Art of Computer Programming, Volume 2: Seminumerical Algorithms|publisher=Addison-Wesley Professional|isbn=978-0-321-63576-1|pages=4–}}</ref> Ketika <math> c\neq0</math>, relasi rekursif LCM sebenarnya adalah sebuah [[transformasi affine]], bukan transformasi linear. Namun penggunaan istilah linear yang salah sudah sangat umum pada bidang ilmu komputer.<ref name=":0">{{Cite journal|last=Steele|first=Guy|last2=Vigna|first2=Sebastiano|date=2021-01-21|title=Computationally easy, spectrally good multipliers for congruential pseudorandom number generators|url=http://arxiv.org/abs/2001.05304|journal=arXiv:2001.05304 [cs]|volume=|issue=|pages=|doi=|quote=At this point it is unlikely that the now-traditional names will be corrected}}</ref>
== Demonstrasi ==
Terdapat 50 soal pada sebuah sistem [[database]] ujian. Untuk setiap ujian, <math> 5
</math> soal akan dipilih secara acak dari database. Untuk mengusahakan tidak terjadi repetisi soal-soal yang telah dikerjakan, sistem memilih soal "baru" dengan menggunakan LCM; dengan [[konstanta]] <math> a=11</math>, <math> c=7
</math>, <math> m=50
</math>, dan <math> X_0=1
</math>. Berikut adalah lima bilangan acak (semu) pertama yang dihasilkan oleh LCM tersebut
* <math>X_1 = (11 (1) + 7) \ \ \text{mod} \ \ 50 = 18</math>
* <math>X_2 = (11 (18) + 7) \ \ \text{mod} \ \ 50 = 5</math>
* <math>X_3 = (11 (5) + 7) \ \ \text{mod} \ \ 50 = 12</math>
* <math>X_4 = (11 (12) + 7) \ \ \text{mod} \ \ 50 = 39</math>
* <math>X_5 = (11 (39) + 7) \ \ \text{mod} \ \ 50 = 36</math>
Lebih lanjut, barisan 20 bilangan acak pertama yang dibangkitkan adalah: 18, 5, 12, 39, 36, 3, 40, 47, 24, 21, 38, 25, 32, 9, 6, 23, 10, 17, 44, 42.
Pemilihan nilai konstanta pada <math>a</math>, <math> c</math>, dan <math> m</math> pada LCM ini sesuai untuk menghindari perulangan soal pada saat melakukan ujian. Saat melakukan ujian pertama kali, nilai <math> X_1</math> dan peserta akan mendapatkan soal bernomor {18, 5, 12, 39, 36}. Namun ujian yang kedua memiliki nilai awal <math> X_{6}</math> dan peserta akan mendapatkan soal bernomor {3, 40, 47, 24, 21}.
== Sejarah ==
Metode pembangkit Lehmer dipublikasikan pada tahun 1951,<ref>{{Cite journal|last=Lehmer|first=Derrick H.|date=1951|title=Mathematical methods in large-scale computing units|url=|journal=Proceedings of 2nd Symposium on Large-Scale Digital Calculating Machinery|volume=|issue=|pages=141–146|doi=}}</ref> dan the Metode linear kongruen dipublikasikan pada tahun 1958 oleh W. E. Thomson and A. Rotenberg.<ref>{{Cite journal|last=Thomson|first=W. E.|date=1958-02-01|title=A Modified Congruence Method of Generating Pseudo-random Numbers|url=https://doi.org/10.1093/comjnl/1.2.83|journal=The Computer Journal|volume=1|issue=2|pages=83–83|doi=10.1093/comjnl/1.2.83|issn=0010-4620}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Rotenberg|first=A.|date=1960-01-01|title=A New Pseudo-Random Number Generator|url=https://doi.org/10.1145/321008.321019|journal=Journal of the ACM|volume=7|issue=1|pages=75–77|doi=10.1145/321008.321019|issn=0004-5411}}</ref>
== Panjang periode ==
[[Berkas:Linear congruential generator visualisation.svg|jmpl|475x475px|Dua LCM modulo 9 menunjukkan bagaimana parameter yang berbeda dapat menghasilkan periode yang berbeda. Setiap baris menunjukkan keadaan LCM sampai keluarannya berulang. Baris pertama menunjukkan LCM dengan ''m'' = 9, ''a'' = 2, ''c'' = 0, dan benih bernilai 1, yang menghasilkan periode sebesar 6. Baris kedua berisi LCM yang sama, namun dengan benih bernilai 3, yang menghasilkan periode 2. Menggunakan ''a'' = 4 dan ''c'' = 1 pada baris ketiga menghasilkan periode 9, untuk setiap benih di [0, 8].]]
Ciri dari LCM adalah akan terjadi pengulangan hasil setelah sekian kali pembangkitan. Dengan pemilihan parameter yang baik, periode pengulangan dapat diketahui dan dipilih agar lebih lama. Walaupun bukan satu-satunya kriteria, periode yang sangat singkat adalah kesalahan fatal bagi pembangkit bilangan acak semu.<ref name=":1">{{Cite web|title=Metode LCM (Linear Congruent Method) - Mesran Punya Blog|url=http://mesran.blogspot.com/2013/06/metode-lcm-linear-congruent-method.html|website=mesran.blogspot.com|access-date=2021-01-27}}</ref><ref name="History">{{cite conference|title=History of Uniform Random Number Generation|editor4-first=N.|location=Las Vegas, United States|url=https://www.iro.umontreal.ca/~lecuyer/myftp/papers/wsc17rng-history.pdf|editor6-last=Page|editor6-first=E.|editor5-last=Wainer|editor5-first=G.|editor4-last=Mustafee|editor3-last=Zacharewicz|first=Pierre|editor3-first=G.|editor2-last=D’Ambrogio|editor2-first=A.|editor1-last=Chan|editor1-first=W. K. V.|conference=Proceedings of the 2017 Winter Simulation Conference (to appear)|date=13 July 2017<!--Conference is in December 2017-->|last=L'Ecuyer|id=[https://hal.inria.fr/hal-01561551 hal-01561551]}}</ref>
Walaupun LCM dapat menghasilkan [[bilangan acak semu]] yang lulus [[uji keacakan]], kualitas bilangan yang dihasilkan sangat sensitif terhadap pemilihan parameter <math>a</math> dan <math> m</math>.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref>{{Cite journal|last=Marsaglia|first=George|date=1968-09-01|title=Random Numbers Fall Mainly in the Planes|url=https://www.pnas.org/content/61/1/25|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|language=en|volume=61|issue=1|pages=25–28|doi=10.1073/pnas.61.1.25|issn=0027-8424|pmc=PMC285899|pmid=16591687}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Park|first=S. K.|last2=Miller|first2=K. W.|date=1988-10-01|title=Random number generators: good ones are hard to find|url=https://doi.org/10.1145/63039.63042|journal=Communications of the ACM|volume=31|issue=10|pages=1192–1201|doi=10.1145/63039.63042|issn=0001-0782}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Hörmann|first=W.|last2=Derflinger|first2=G.|date=1993-12-01|title=A portable random number generator well suited for the rejection method|url=https://doi.org/10.1145/168173.168414|journal=ACM Transactions on Mathematical Software|volume=19|issue=4|pages=489–495|doi=10.1145/168173.168414|issn=0098-3500|quote=a multiplier about as small as √m, produces random numbers with a bad one-dimensional distribution.}}</ref><ref name=":2">{{Cite book|last=Knuth|first=Donald|date=1997|url=|title=Seminumerical Algorithms|location=Reading, MA|publisher=Addison-Wesley Professional|isbn=|edition=3|series=The Art of Computer Programming|pages=10-26|url-status=live}}</ref> Sebagai contoh, <math>a=1</math> dan <math>c=1</math> menghasilkan bilangan modulo-''m'' yang terurut, yang walau memiliki periode yang panjang, jelas tidak acak. Secara historis, pemilihan konstanta <math>a</math> yang buruk berujung pada implementasi LCM yang buruk. Contoh khusus kasus ini adalah [[RANDU]], yang digunakan secara luas pada awal 1970-an dan berujung pada banyak hasil yang tidak kredibel.<ref name="Press">{{cite book|last=Press|first=William H.|year=1992|title=Numerical Recipes in Fortran 77: The Art of Scientific Computing|title-link=Numerical Recipes|isbn=978-0-521-43064-7|edition=2nd|display-authors=etal}}</ref>
Terdapat tiga keluarga parameter yang umum digunakan:
=== ''m'' bilangan prima, ''c'' = 0 ===
{{main|pembangkit bilangan acak Lehmer}}Ini adalah konstruksi dasar dari pembangkit bilangan acak Lehmer. Periode LCM adalah <math> m-1</math> jika pengali <math>a</math> dipilih sebagai [[elemen primitif]] dari modulo <math> m</math>. Kondisi awal perlu dipilih antara <math> 1</math> dan <math> m-1</math>.
Kelemahan dari menggunakan modulus bilangan prima adalah operasi modulo memerlukan ''double-width product''<!-- ini (saya duga) merujuk pada alokasi memori (tipe data "double") yang digunakan dalam implementasi... entah bagaimana mencari padanan ini :/ -->dan langkah operasi modulo yang eksplisit. Umumnya prima yang dekat dengan perpangkatan angka 2 ( [[prima Mersenne]] yang berbentuk 2<sup>31</sup>−1 dan 2<sup>61</sup>−1 populer), sehingga operasi modulo <math> m = 2^e-d</math> dapat dihitung sebagai
<math> (ax \ \ \text{mod} \ \ 2^e) + d\Big\lfloor{\frac{ax}{2^e}}\Big\rfloor</math>
Hal ini perlu diikuti oleh pengurangan nilai <math> m</math> jika hasilnya terlalu besar, namun banyaknya pengurangan terbatas oleh <math> ad/m</math>, yang dapat dibatasi dengan mudah menjadi 1 jika nilai <math> d</math> kecil.
Jika ''double-width product'' tidak tersedia, namun pengali dipilih secara seksama, '''metode Schrage'''<ref>{{cite web|last=Jain|first=Raj|date=9 July 2010|title=Computer Systems Performance Analysis Chapter 26: Random-Number Generation|url=http://www.cse.wustl.edu/~jain/iucee/ftp/k_26rng.pdf#page=19|pages=19–20|access-date=2017-10-31}}</ref> dapat digunakan. Untuk melakukannya:
* Faktorkan <math> m=qa+r</math>, misal dengan <math> q = \lfloor m/a \rfloor</math> dan <math> r = m \ \ \text{mod} \ \ a</math>.
* Hitung nilai <math> ax \ \ \text{mod} \ \ m = a(x \ \ \text{mod} \ \ q) - r\lfloor x/q \rfloor</math>
* Karena <math> x \ \ \text{mod} \ \ q < q \leq m/a</math>, suku pertama tegas lebih kecil dari <math> am/a = m</math>. Jika <math> a</math> dipilih sehingga <math> r\leq d</math> (sehingga <math> r/q \leq 1</math>), maka suku kedua juga akan lebih kecil dari <math> m</math> karena <math> r\lfloor x/q \rfloor \leq rx/q = x (r/q) \leq x < m</math>.
Dengan cara ini, untuk menghitung kedua suku cukup digunakan ''single-width product'', dan selisih antara keduanya terletak di <math> [1-m, \,m-1]</math>, sehingga dapat disederhanakan menjadi <math> [0,\,m-1]</math> dengan satu kondisi penjumlahan.<ref>{{cite web|last=Fenerty|first=Paul|date=11 September 2006|title=Schrage's Method|url=http://home.earthlink.net/~pfenerty/pi/schrages_method.html|access-date=2017-10-31|archive-date=2016-07-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20160709153256/http://home.earthlink.net/~pfenerty/pi/schrages_method.html|dead-url=yes}}</ref>
Kekurangan kedua dari metode ini adalah cukup canggung untuk mengonversi nilai <math> 1\leq x < m</math> ke distribusi bit acak yang uniform. Jika sebuah prima yang dekat dengan perpangkatan 2 digunakan, bilangan acak (yang tidak pernah muncul) dapat diabaikan.
=== ''m'' perpangkatan 2, ''c'' = 0 ===
Memilih <math> m</math> sebagai perpangkatan dari 2, umumnya <math> m = 2^{32}</math> atau <math> m = 2^{64}</math>, menghasilkan LCM yang efisien karena hal ini memungkinan operasi modulo dihitung dengan memotong representasi biner bilangan. Faktanya, bit paling signifikan umumnya tidak dihitung sama sekali. Namun, parameter ini memiliki kekurangan.
Bentuk ini memiliki periode maksimum <math> m/4</math>, diperoleh ketika <math> a\equiv 3 \ \ \text{mod} \ \ 8</math> atau <math> a\equiv 5 \ \ \text{mod} \ \ 8</math>. Kondisi awal <math> X_0</math> perlu bilangan ganjil, dan nilai tiga bit terkecil dari <math> X</math> berseling antara dua nilai sehingga tidak berguna. Dapat ditunjukkan bahwa bentuk ini setara dengan pembangkit dengan modulus <math> m/4</math> dan <math> c\neq 0</math>.<ref name=":2" />
Isu yang lebih serius karena menggunakan modulus perpangkatan 2 adalah bit-bit rendah memiliki periode yang lebih kecil dibandingkan bit-bit tinggi. Bit terendah dari <math> X</math> tidak pernah berubah (karena selalu bilangan ganjil), dan dua bit selanjutnya berseling antara dua nilai (jika <math> a\equiv 5 \ \ \text{mod} \ \ 8</math>, nilai bit 1 tidak pernah berubah dan nilai bit 2 berseling, sedangakan jika <math> a\equiv 3 \ \ \text{mod} \ \ 8</math> nilai bit 1 berseling dan nilai bit 2 selalu tetap).
=== ''c'' ≠ 0 ===
Ketika <math> c\neq 0</math>, pemilihan parameter yang baik memungkinkan periode dapat sepanjang <math> m</math>, untuk semua kondisi awal. Hal ini terjadi, [[jika dan hanya jika]]:<ref name=":2" />
# <math>m</math> dan <math>c</math> [[Koprima (bilangan)|koprima]] ,
# <math>a - 1</math> dapat dibagi semua faktor prima dari <math>m</math>,
# <math>a - 1</math> dapat dibagi 4 jika <math>m</math> dapat dibagi 4.
Tiga syarat ini dikenal sebagai Teorema Hull–Dobell.<ref>{{Cite journal|last=Hull|first=T. E.|last2=Dobell|first2=A. R.|date=July 1962|title=Random Number Generators|url=http://chagall.med.cornell.edu/BioinfoCourse/PDFs/Lecture4/random_number_generator.pdf|journal=SIAM Review|volume=4|issue=3|pages=230–254|doi=10.1137/1004061|access-date=2016-06-26}}</ref><ref name="HullDobell">{{cite book|author=Severance, Frank|year=2001|title=System Modeling and Simulation|url=https://archive.org/details/systemmodelingsi00seve_007|publisher=John Wiley & Sons, Ltd.|isbn=978-0-471-49694-6|page=[https://archive.org/details/systemmodelingsi00seve_007/page/n98 86]}}</ref>
Bentuk ini dapat digunakan untuk sebarang <math> m</math>, namun hanya bekerja dengan baik untuk <math> m</math> yang memiliki banyak faktor prima yang berulang, seperti perpangkatan angka 2. Jika <math> m</math> [[bilangan bebas-kuadrat]], hal ini mengakibatkan <math> a\equiv 1 \ \ \text{mod} \ \ m</math>, menjadikannya pembangkit bilangan acak yang sangat buruk. Pengali dengan periode maksimum hanya tersedia ketika <math> m</math> memiliki faktor prima yang berulang.
Walau teorema Hull–Dobell memberikan periode yang maksimum, hal tersebut belum cukup untuk membuktikan pembangkit yang ''baik''. Sebagai contoh, <math> a-1</math> yang lebih sulit dibagi oleh faktor-faktor prima <math> m</math> lebih disukai. Karena itu, jika <math> m</math> adalah perpangkatan angka 2, maka <math> a-1</math> perlu dapat dibagi 4 namun tidak dapat dibagi 8, misal <math> a\equiv 5 \ \ \text{mod} \ \ 8</math>.<ref name=":2" />
Tentu, kebanyakan pengali menghasilkan barisan yang gagal untuk suatu uji keacakan, dan memilih pengali yang memenuhi semua kriteria uji cukup sulit. [[Uji spektral]] adalah salah satu uji keacakan terpenting.
Perhatikan bahwa modulus berupa perpangkatan angka 2 memiliki permasalahan yang sama dengan kasus <math> c=0</math>: <math> k</math> bit terendah menghasilkan pembangkit dengan modulus <math> 2^k</math> dan karenanya memiliki periode <math> 2^k</math>; hanya bit paling signifikan yang memiliki periode penuh. Jika sebuah bilangan acak semu kurang dari <math> r</math> yang diperlukan, menghitung <math> \lfloor rX/m \rfloor</math> memberikan hasil yang lebih baik ketimbang <math> X \ \ \text{mod} \ \ r</math>. Sayangnya pada kebanyakan [[bahasa pemrograman]], bentuk terakhir lebih banyak digunakan karena lebih mudah ditulis
Pembangkit LCM sendiri tidak sensitif terhadap pemilihan <math> c</math>, selama nilainya koprima terhadap modulus (misal, jika <math> m</math> merupakan perpangkatan angka 2, maka <math> c</math> perlu bernilai ganjil), sehingga nilai <math> c=1</math> umum dipilih.
Barisan yang dihasilkan dari pemilihan <math> c</math> yang lain dapat ditulis sebagai fungsi sederhana dari barisan ketika <math> c=1</math>.<ref name=":2" /> Secara spesifik, jika <math> Y</math> adalah barisan yang didefinisikan dengan <math> Y_0 = 0</math> dan <math> Y_{n+1} = aY_n + 1 \ \ \text{mod} \ \ m</math>, maka barisan <math> X_{n+1} = aX_n + c \ \ \text{mod} \ \ m</math> dapat ditulis sebagai fungsi affine dari <math> Y</math>:
<math>X_n = (X_0(a-1)+c)Y_n + X_0 = (X_1 - X_0)Y_n + X_0 \pmod m.</math>
Secara umum, dua barisan <math> X</math> dan <math> Z</math> yang memiliki pengali dan modulus yang sama memiliki hubungan:
: <math>{ X_n - X_0 \over X_1 - X_0 } = Y_n = {a^n - 1 \over a - 1} = { Z_n - Z_0 \over Z_1 - Z_0 } \pmod m.</math>
== Parameter yang umum digunakan ==
Tabel berikut berisi daftar parameter LCM yang umum digunakan, termasuk fungsi <code>rand()</code> yang umum dimiliki oleh banyak [[kompilator]]. Tabel ini hanya menunjukkan parameter yang populer, bukan sebagai parameter implementasi yang baik. Tabel dengan parameter yang bagus tersedia.<ref name=":0" /><ref>{{Cite journal|last=L’Ecuyer|first=Pierre|date=1999|title=Tables of linear congruential generators of different sizes and good lattice structure|url=https://www.ams.org/mcom/1999-68-225/S0025-5718-99-00996-5/|journal=Mathematics of Computation|language=en|volume=68|issue=225|pages=249–260|doi=10.1090/S0025-5718-99-00996-5|issn=0025-5718}}</ref>
{| class="wikitable"
!Sumber
!modulus
<math>m</math>
!pengali
<math>a</math>{{ns}}
!penambah
<math>c</math>
!bit keluaran pada <code>rand()</code> atau <code>Random(L)</code>
|-
|''[[Numerical Recipes]]''
|2³²
|1664525
|1013904223
|
|-
|[[Borland]] C/C++
|2³²
|22695477
|1
|bit 30..16 pada <code>rand()</code>, 30..0 in <code>lrand()</code>
|-
|[[glibc]] (digunakan oleh [[GNU Compiler Collection|GCC]])<ref>[https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob;f=stdlib/random_r.c;hb=glibc-2.26#l362 Implementation in glibc-2.26 release.] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210226211536/https://sourceware.org/git/?p=glibc.git%3Ba%3Dblob%3Bf%3Dstdlib%2Frandom_r.c%3Bhb%3Dglibc-2.26#l362|date=2021-02-26}} See the code after the test for "TYPE_0"; the GNU C library's ''rand()'' in [[stdlib.h]] uses a simple (single state) linear congruential generator only in case that the state is declared as 8 bytes. If the state is larger (an array), the generator becomes an additive feedback generator ([https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob;f=stdlib/random_r.c;hb=glibc-2.26#l187 initialized using ''minstd_rand0''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210226211536/https://sourceware.org/git/?p=glibc.git%3Ba%3Dblob%3Bf%3Dstdlib%2Frandom_r.c%3Bhb%3Dglibc-2.26#l187|date=2021-02-26}}) and the period increases. See the [http://www.mscs.dal.ca/~selinger/random/ simplified code] that reproduces the random sequence from this library.</ref>
|2³¹
|1103515245
|12345
|bit 30..0
|-
|[[ANSI C]]: [[Watcom C compiler|Watcom]], [[Digital Mars]], [[CodeWarrior]], [[IBM VisualAge]] C/C++ <ref>{{cite book|author=K. Entacher|date=21 August 1997|url=http://citeseer.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.53.3686&rep=rep1&type=pdf|title=A collection of selected pseudorandom number generators with linear structures|citeseerx=10.1.1.53.3686|access-date=16 June 2012|archive-date=2013-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20130605201954/http://citeseer.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.53.3686&rep=rep1&type=pdf|dead-url=yes}}</ref>[[C90 (C version)|C90]], [[C99]], [[C11 (C standard revision)|C11]]: Saran dalam ISO/IEC 9899,<ref>{{cite web|title=Last public Committee Draft from April 12, 2011|url=http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1570.pdf|page=346f|access-date=21 Dec 2014}}</ref> [[C18 (C standard revision)|C18]]
|2³¹
|1103515245
|12345
|bit 30..16
|-
|[[Borland Delphi]], [[Virtual Pascal]]
|2³²
|134775813
|1
|bit 63..32 dari <code>seed × L</code>
|-
|[[Turbo Pascal]]
|2³²
|134775813 (8088405₁₆)
|1
|
|-
|[[Visual C++|Microsoft Visual/Quick C/C++]]
|2³²
|214013 (343FD₁₆)
|2531011 (269EC3₁₆)
|bit 30..16
|-
|[[Visual Basic|Microsoft Visual Basic]] (versi 6 dan sebelumnya)<ref>{{cite web|title=How Visual Basic Generates Pseudo-Random Numbers for the RND Function|url=http://support.microsoft.com/kb/231847|work=Microsoft Support|publisher=Microsoft|access-date=17 June 2011}}</ref>
|{{math|''2''<sup>''24''</sup>}}
|1140671485 (43FD43FD₁₆)
|12820163 (C39EC3₁₆)
|
|-
|RtlUniform dari [[Native API]]<ref>In spite of documentation on [http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb432429(VS.85).aspx MSDN], RtlUniform uses LCG, and not Lehmer's algorithm, implementations before [[Windows Vista]] are flawed, because the result of multiplication is cut to 32 bits, before modulo is applied</ref>
|2³¹ − 1
|2147483629 (7FFFFFED₁₆)
|2147483587 (7FFFFFC3₁₆)
|
|-
|[[CarbonLib|Apple CarbonLib]], <code>minstd_rand0</code> milik [[C++11]]<ref name="cpp11">{{cite web|date=2 September 2011|title=ISO/IEC 14882:2011|url=http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=50372|publisher=ISO|access-date=3 September 2011}}</ref>
|2³¹ − 1
|16807
|0
|lihat [[MINSTD]]
|-
|[[C++11]]'s <code>minstd_rand</code><ref name="cpp11" />
|2³¹ − 1
|48271
|0
|lihat [[MINSTD]]
|-
|[[MMIX]] oleh [[Donald Knuth]]
|2⁶⁴
|6364136223846793005
|1442695040888963407
|
|-
|[[Newlib]], [[Musl]]
|2⁶⁴
|6364136223846793005
|1
|bit 63..32
|-
|[[OpenVMS|VMS]]'s '''MTH$RANDOM''',<ref>[https://www.gnu.org/software/gsl/manual/html_node/Other-random-number-generators.html GNU Scientific Library: Other random number generators]</ref> versi lawas dari [[glibc]]
|2³²
|69069 (10DCD₁₆)
|1
|
|-
|[[Java (programming language)|Java]]'s java.util{{Not a typo|.}}Random, [[POSIX]] [ln]rand48, [[glibc]] [ln]rand48[_r]
|2⁴⁸
|25214903917 (5DEECE66D₁₆)
|11
|bit 47..16
|-
|<code>random0</code><ref>Stephen J. Chapman. "Example 6.4 – Random Number Generator". [https://books.google.com/books?id=e80HBgAAQBAJ "MATLAB Programming for Engineers"]. 2015. pp. 253–256.</ref><ref>Stephen J. Chapman. "Example 6.4 – Random Number Generator". [https://books.google.com/books?id=of8KAAAAQBAJ "MATLAB Programming with Applications for Engineers"]. 2012. pp. 292–295.</ref><ref>S. J. Chapman. [http://www.udel.edu/CIS/106/pconrad/MPE3/code/chap5/random0.m random0]. 2004.</ref><ref>Stephen J. Chapman. [https://books.google.com/books?id=QoVGAAAAYAAJ "Introduction to Fortran 90/95"]. 1998. pp. 322–324.</ref><ref>Wu-ting Tsai. [http://homepage.ntu.edu.tw/~wttsai/fortran/ppt/11.Module.pdf "'Module': A Major Feature of the Modern Fortran"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210224125803/http://homepage.ntu.edu.tw/~wttsai/fortran/ppt/11.Module.pdf |date=2021-02-24 }}. pp. 6–7.</ref>
|134456 = 2³7⁵
|8121
|28411
|<math>\frac{ X_n }{ 134456 }</math>
|-
|[[POSIX]]<ref>[http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/ The Open Group Base Specifications Issue 7] IEEE Std 1003.1, 2013 Edition</ref> [jm]rand48, [[glibc]] [mj]rand48[_r]
|2⁴⁸
|25214903917 (5DEECE66D₁₆)
|11
|bit 47..15
|-
|[[POSIX]] [de]rand48, [[glibc]] [de]rand48[_r]
|2⁴⁸
|25214903917 (5DEECE66D₁₆)
|11
|bit 47..0
|-
|[[cc65]]<ref>{{cite web|last=Cadot|first=Sidney|title=rand.s|url=https://github.com/cc65/cc65/blob/master/libsrc/common/rand.s|work=cc65|access-date=8 July 2016}}</ref>
|2²³
|65793 (10101₁₆)
|4282663 (415927₁₆)
|bit 22..8
|-
|[[cc65]]
|2³²
|16843009 (1010101₁₆)
|826366247 (31415927₁₆)
|bit 31..16
|- style="border-top:2px solid;"
|''Pernah umum digunakan: [[RANDU]]'' <ref name="Press" />
|2³¹
|65539
|0
|
|}
Seperti terlihat di atas, LCM tidak selalu menggunakan semua bit bilangan yang dihasilkan. Sebagai contoh, implementasi [[Java (programming language)|Java]] beroperasi dengan 48-bit pada setiap iterasi, namun hanya menghasilkan nilai dari 32 bit pertama. Hal ini disebabkan karena bit dengan order yang lebih tinggi memiliki periode yang lebih lama dibandingkan dengan bit dengan order rendah. LCM yang menggunakan teknik pemotongan bit ini menghasilkan nilai yang secara statistik lebih baik jika dibandingkan dengan yang tidak. Hal ini terlihat pada implementasi kode yang menggunakan [[Operasi modulus|operasi modulo]] untuk memperkecil jangkauan hasil; tanpa pemotongan, modulo 2 dari bilangan acak yang dihasilkan akan menghasilkan hasil 0 dan 1 yang periodik.
== Kelebihan dan kekurangan ==
[[Berkas:Lcg_3d.gif|jmpl|200x200px|''Hyperplane'' dari LCM pada ruang dimensi tiga. Struktur geometris yang dibentuk LCM adalah hal yang diukur oleh [[uji spektral]].]]
Metode LCM cepat dan hanya memerlukan memori yang kecil (satu bilangan modulo-m, umumnya 32 atau 64 bit) untuk penyimpanan sementara bilangan yang dihasilkan. Hal ini yang membuat LCM berguna untuk menyimulasikan beberapa keadaan independen. LCM tidak ditujukan, dan jangan digunakan, untuk aplikasi dalam bidang [[kriptografi]]; pembangkit bilangan acak semu (Inggris: ''pseudo random number generator'', PRNG) yang aman secara kriptografi diperlukan untuk hal tersebut.
Walau LCM memiliki beberapa kelemahan spesifik, kebanyakan kelemahannya diakibatkan dari pemilihan parameter yang terlalu kecil. LCM dengan parameter yang cukup besar dapat lulus dari tes statistik yang ketat; LCM modulo-2 yang menghasilkan 32 bit bilangan lulus SmallCrush oleh [[TestU01]],{{citation needed|date=November 2017|reason=O'Neill stated this result somewhere, but I'm having a hard time finding it.}} dan LCM 96-bit lulus dari tes BigCrush yang jauh lebih sulit.<ref>{{cite techreport|title=PCG: A Family of Simple Fast Space-Efficient Statistically Good Algorithms for Random Number Generation|first=Melissa E.|last=O'Neill|publisher=[[Harvey Mudd College]]|id=HMC-CS-2014-0905|date=5 September 2014|pages=6–7|url=http://www.pcg-random.org/pdf/hmc-cs-2014-0905.pdf#page=9}}</ref>
Untuk contoh yang spesifik, pembangkit bilangan acak semu (PNRG) dengan keluaran 32 bit, memiliki [[Peluang (matematika)|ekspektasi]] (lewat [[teorema Birthday]]) mulai mengulangi keluaran yang pernah dihasilkan setelah melakukan <math>\sqrt m \approx 2^{16}</math> keluaran. ''Setiap'' PNRG dengan keluaran tanpa pemotongan bit, tidak akan berulang sampai periode maksimumnya tercapai; sebuah cacat statistik yang mudah dideteksi. Dengan alasan serupa, PNRG perlu memiliki periode yang lebih panjang daripada akar dari banyak keluaran yang diinginkan. Mempertimbangkan kecepatan komputer modern, periode sebesar <math>2^{64}</math> dibutuhkan untuk aplikasi kurang penting (secara kriptografi), dan periode yang lebih besar untuk aplikasi yang penting.
Satu kecacatan spesifik LCM adalah, jika digunakan untuk memilih titik pada ruang dimensi <math>n</math>, titik tersebut akan terletak (maksimal) pada <math>\sqrt[n]{n!m}</math> ''hyperplane'', berdasarkan [[teorema Marsaglia]] (yang dikembangkan oleh [[George Marsaglia]]).<ref>{{Cite journal|last=Marsaglia|first=George|date=1968-09-01|title=Random Numbers Fall Mainly in the Planes|url=https://www.pnas.org/content/61/1/25|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|language=en|volume=61|issue=1|pages=25–28|doi=10.1073/pnas.61.1.25|issn=0027-8424|pmc=PMC285899|pmid=16591687}}</ref> Hal ini disebabkan oleh ''serial correlation'' antar nilai yang berurutan pada barisan <math>X_n</math>. Pengali yang dipilih dengan lalai umumnya menghasilkan sedikit bidang, dengan jarak antar bidang yang besar, yang dapat menyebabkan masalah. [[Uji spektral]], yang merupakan tes kualitas LCM yang sederhana, mengukur jarak antar bidang dan memungkinkan untuk memilih nilai pengali yang baik.
Jarak antar bidang bergantung pada modulus dan pengali LCM. Modulus yang cukup besar dapat memperkecil jarak ini sehingga kurang dari bilangan ''double precision''. Pemilihan pengali menjadi kurang penting ketika modulus yang dipakai besar. Namun masih penting untuk menghitung indeks spektral dan memastikan tidak memilh pengali yang buruk, walau secara statistik hampir mustahil mendapatkan pengali yang buruk ketika nilai modulus lebih besar dari <math>2^{64}</math>.
Salah satu kecacatan lain yang spesifik pada LCM adalah periode bit-rendah yang pendek ketika <math>m</math> dipilih sebagai bilangan perpangkatan 2. Hal ini dapat dihindari dengan menggunakan modulus yang lebih besar daripada banyak keluaran yang diinginkan, dan menggunakan bit-bit tinggi dari hasil yang dikeluarkan.
Walaupun demikian, LCM dapat menjadi pilihan yang bagus untuk beberapa aplikasi. Sebagai contoh, pada [[Sistem benam|sistem tertanam]], banyak memori yang tersedia sangat terbatas. Pada lingkungan yang serupa, seperti pada [[konsol permainan]], mengambil beberapa bit-tinggi dari LCM mungkin sudah cukup. Keacakan nilai bit-bit rendah dari LCM dengan modulus berupa perpangkatan 2 tidak disarankan untuk digunakan. Hal ini disebabkan karena periode yang sangat pendek. Sebagai contoh, LCM dengan modulus berupa perpangkatan 2, dan dengan hasil yang tidak mengalami pemotongan bit, akan menghasilkan bilangan genap dan bilangan ganjil yang berselang-seling.
LCM perlu dievaluasi secara mendalam untuk penggunaan pada aplikasi non-kriptografis yang memerlukan kualitas keacakan tinggi. Untuk simulasi Monte Carlo dibutuhkan LCM dengan nilai modulus yang (jauh) lebih besar daripada pangkat tiga dari banyak keluaran yang dibutuhkan. Hal ini mengartikan, sebagai contoh, LCM 32 bit (yang baik) dapat digunakan untuk menghasilkan sekitar 1000 bilangan acak, dan LCM 64 dapat digunakan untuk menghasilkan <math>2^{21}</math> (sedikit diatas dua juta) bilangan. Karena keadaan tersebut, LCM secara praktis tidak cocok untuk simulasi Monte Carlo skala besar.
== Implementasi ==
Berikut salah satu implementasi LCM dalam bahasa pemrograman [[Python (programming language)|Python]]:<syntaxhighlight lang="python">
def lcg(modulus, a, c, seed):
"""Linear congruential generator."""
while True:
seed = (a * seed + c) % modulus
yield seed
</syntaxhighlight>Seperti semua pembangkit bilangan acak semu lainnya, LCM perlu menyimpan dan mengubah keadaan bilangan acak yang dihasilkan. Komputer dengan banyak [[Utas (komputer)|utas]] yang mengakses keadaan ini dapat menyebabkan ''race condition''. Implementasi dengan setiap utas memiliki inisialisasi nilai awal yang unik diperlukan agar tidak ada utas dengan barisan bilangan acak yang sama.
== Turunan LCM ==
Terdapat beberapa pembangkit dengan bentuk yang didasarkan pada LCM, sehingga teknik yang digunakan untuk menganalisis LCM juga dapat dipakai untuk mereka.
Salah satu metode untuk menghasilkan periode yang lebih panjang adalah dengan menjumlahkan beberapa LCM, dengan periode yang berbeda dan memiliki [[Faktor persekutuan terbesar|faktor bersama]] yang besar. [[Pembangkit Wichmann-Hill]] adalah salah satu contoh metode ini. Metode ini dapat ditunjukkan ekuivalen dengan sebuah LCM dengan modulus sebagai hasil perkalian modulus LCM komponen-komponennya.
== Referensi ==
{{reflist}}
[[Kategori:Teori bilangan]]
| |||