يرجع الفضل في التقدم العلمي والتكنولوجي في القرن العشرين إلى تطوير نظرية الاحتمالات وإنشاء مولدات الأرقام العشوائية.
الأرقام العشوائية هي أرقام يمكن تفسيرها على أنها نتائج تنفيذ متغير عشوائي - المفهوم الأساسي لنظرية الاحتمالات. يشير مفهوم العشوائية في هذا السياق إلى عدم القدرة على التنبؤ بقيمة كمية معينة قبل بدء التجربة.
تاريخ الأرقام العشوائية
ظهرت حاجة البشرية إلى استخدام الأرقام العشوائية قبل فترة طويلة من اختراع الأجهزة من قبل العلماء التي تسمح بالحصول على المصفوفات العشوائية. لفترة طويلة ، استخدم الناس وسائل مرتجلة لتوليد أرقام عشوائية ، بما في ذلك الأشياء ذات الطبيعة الحية وغير الحية.
أحد الأمثلة الأكثر لفتًا للانتباه على أبسط مولدات الأرقام العشوائية هو الزهر المألوف ، والذي يستخدم على نطاق واسع اليوم. في التجارب الأولية والتدريبية ، يمكن إهمال اعتماد قانون حركة النرد على بيئته ، والظروف الأولية ، والعامل البشري تمامًا ، لذلك يمكن اعتبار عدد النقاط على النرد ، مع بعض التحفظات ، عشوائيًا عامل. لعب النرد دورًا مهمًا في تطوير نظرية الاحتمالات: في عام 1890 ، اقترح الباحث الإنجليزي فرانسيس جالتون طريقة لتوليد أرقام عشوائية باستخدام النرد.
الأكثر تعقيدًا في الجهاز هو مولد أرقام آخر يستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية - طبلة اليانصيب. هذا الجهاز عبارة عن أسطوانة بها كرات مرقمة يتم خلطها بداخلها أثناء الدوران. المجال الرئيسي لتطبيق براميل اليانصيب هو اليانصيب واللوتو. من السهل تخمين أن اللوتوترون غير مناسب للاستخدام في التجارب العلمية الجادة بسبب انخفاض درجة العشوائية وسرعة التشغيل.
تم اختراع أول مولد رقم عشوائي يسمح لك بالحصول على كميات كبيرة من البيانات ومناسب لحل المشكلات التطبيقية في عام 1939. أنشأ موريس جورج كيندال وبرنارد بابينجتون سميث جهازًا يمكنه إنشاء جدول يحتوي على 100000 رقم عشوائي. وبعد 16 عامًا فقط ، قامت الشركة الإستراتيجية الأمريكية RAND بتحسين نتائج الأكاديميين الإنجليز 10 مرات - بمساعدة آلات خاصة ، تم إنشاء جدول بمليون رقم عشوائي. تلقت الطريقة الجدولية لتوليد الأرقام العشوائية تطورًا كبيرًا بفضل جورج مارساجليا ، الذي تلقى 650 ميجابايت من الأرقام العشوائية في عام 1996. ومع ذلك ، نظرًا لضيق النطاق ، فإن هذه الطريقة غير مقبولة على نطاق واسع حاليًا.
تتمتع الأجهزة التي تنشئ أرقامًا عشوائية في الوقت الفعلي بعدد من المزايا مقارنة بالأجهزة التي تنشئ جداول أرقام عشوائية. كان حاسوب Ferranti Mark 1 واحدًا من أوائل هذه الآلات ، والذي تضمن في عام 1951 برنامجًا ينتج أرقامًا عشوائية بناءً على تدفق ضوضاء الإدخال للمقاوم. ومن المثير للاهتمام أن فكرة إنشاء مثل هذا البرنامج كانت لعالم الرياضيات الإنجليزي العظيم آلان تورينج. من الابتكارات أيضًا في مجال توليد الأرقام العشوائية كان الاختراع في عام 1957 لـ ERNIE (معدات مؤشر الأرقام العشوائية الإلكترونية) ، والذي كان يهدف في الأصل إلى إنشاء أرقام فائزة في اليانصيب البريطاني.
الأرقام العشوائية الزائفة
لقد أدى اختراع مولدات الأرقام العشوائية بلا شك إلى تسريع العملية العلمية والتكنولوجية بشكل كبير. ومع ذلك ، كان لهذه الأجهزة عيبًا مهمًا للغاية ، مما حد بشكل كبير من إمكانية تطبيقها. بالفعل في منتصف القرن العشرين ، لاحظ عالم الرياضيات المجري الأمريكي جون فون نيومان عدم ملاءمة مولدات الأرقام العشوائية المادية في الحوسبة ، بسبب استحالة تكرار تجربة عشوائية ، ونتيجة لذلك ، استحالة إعادة إنتاج رقم عشوائي. لاختبار تشغيل الآلة. هذه هي الطريقة التي احتاج بها المجتمع العلمي إلى أرقام شبه عشوائية - أرقام لها عدد من الخصائص المهمة للأرقام العشوائية ، ولكن تم الحصول عليها ليس نتيجة تجربة عشوائية ، ولكن على أساس بعض الخوارزميات. أصبح جون فون نيومان نفسه مؤلف طريقة "منتصف المربع" ، والتي تتيح لك الحصول على أرقام شبه عشوائية مكونة من عشرة أرقام عند الإخراج.
يتمثل العيب الرئيسي للأرقام العشوائية الزائفة ، بالطبع ، في الافتقار إلى عشوائية البيانات ، وهو أمر مهم جدًا في العديد من مجالات العلوم والحياة. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع جميع مولدات الأرقام العشوائية الزائفة بخاصية التكرار ، أي من لحظة معينة لتكرار تسلسل أرقام المخرجات ، والعديد من الخوارزميات قابلة للعكس ، وبعضها لها توزيع غير متساوٍ أحادي البعد. لذلك ، في الوقت الحالي ، تجذب هذه المنطقة العديد من الباحثين الذين يسعون إلى تطوير مولدات أرقام عشوائية زائفة فعالة أو جديدة فعالة.
حقائق مثيرة للاهتمام
- وفقًا لبعض المؤرخين ، تعود المحاولات الأولى لإنشاء أرقام عشوائية إلى 3500 قبل الميلاد. والغريب أنهم مرتبطون بلعبة اللوحة المصرية القديمة "سينيت" ، والتي تتمثل في تحريك الرقائق حول اللوحة.
- لفترة طويلة ، كانت نتائج التعدادات السكانية وجداول البيانات الأخرى التي تم الحصول عليها تجريبيًا بمثابة مصادر للأرقام العشوائية لبعض المشكلات العملية الحقيقية.
- تم استغلال ثغرة أمنية في خوارزميات توليد الأرقام العشوائية الزائفة في أوائل عام 2010 من قبل مدير الأمن السابق لجمعية اليانصيب متعددة الدول. كان لدى الدخيل إمكانية الوصول إلى البرامج المستخدمة لتحديد عدد تذاكر اليانصيب الفائزة ، والتي يمكنه من خلالها تحديد المجموعات الفائزة عدة أيام في السنة. تم اتهامه في عام 2015 بعد فوزه بمبلغ 16.5 مليون دولار.
- مولد الأرقام العشوائي الزائف المثبت على الكمبيوتر الموجود على متن إحدى مركبات أبولو الفضائية ، تسبب مرة في تعطل حركتها وانحرافها بشكل خطير عن مسارها المقصود. كما اكتشف العلماء ، فإن بيانات خرج المولد المستخدم لحساب السرعات الزاوية سقطت في نصف المستوى السفلي في 80 ٪ من الحالات ، والتي لم تستوف المعايير المطلوبة لعشوائية نتائج المولد.لي
تعد مشكلة إنشاء الأرقام العشوائية حاليًا واحدة من أكثر المشكلات الواعدة والأكثر صلة بالموضوع في المجتمع العلمي. في الوقت نفسه ، هذا الموضوع مثير للاهتمام في الغالب للأشخاص البعيدين عن عالم العلوم. تعرف على أشهر خوارزميات إنشاء الأرقام العشوائية الزائفة ومجالات استخدامها.
