El progreso científico y tecnológico del siglo XX debe mucho al desarrollo de la teoría de la probabilidad y la creación de generadores de números aleatorios.
Los números aleatorios son números que pueden interpretarse como los resultados de la implementación de alguna variable aleatoria: el concepto básico de la teoría de la probabilidad. El concepto de aleatoriedad en este contexto implica la imprevisibilidad del valor de una cantidad dada antes del inicio del experimento.
Historial de números aleatorios
La necesidad de la humanidad de utilizar números aleatorios surgió mucho antes de que los científicos inventaran dispositivos que permitieran obtener matrices aleatorias. Durante mucho tiempo, las personas utilizaron medios improvisados para generar números aleatorios, incluidos objetos de naturaleza animada e inanimada.
Uno de los ejemplos más llamativos de los generadores de números aleatorios más simples son los conocidos dados, que se utilizan ampliamente en la actualidad. En los experimentos elementales y de entrenamiento, las dependencias de la ley de movimiento de un dado con respecto a su entorno, las condiciones iniciales y el factor humano pueden despreciarse por completo, por lo que el número de puntos en un dado puede, con algunas reservas, considerarse aleatorio. variable. Los dados desempeñaron un papel importante en el desarrollo de la teoría de la probabilidad: en 1890, el investigador inglés Francis Galton propuso un método para generar números aleatorios utilizando dados.
Un poco más complicado en el dispositivo es otro generador de números ampliamente utilizado en la vida cotidiana: el tambor de lotería. Este dispositivo es un tambor con bolas numeradas que se mezclan en su interior durante la rotación. El área principal de aplicación de los tambores de lotería son las loterías y loterías. Es fácil adivinar que el lototrón no es adecuado para su uso en experimentos científicos serios debido al bajo grado de aleatoriedad y velocidad de funcionamiento.
El primer generador de números aleatorios que te permite obtener grandes cantidades de datos y es adecuado para resolver problemas aplicados se inventó en 1939. Maurice George Kendall y Bernard Babington-Smith crearon un dispositivo que podía generar una tabla que contenía 100.000 números aleatorios. Y solo 16 años después, la empresa estratégica estadounidense RAND mejoró 10 veces los resultados de los académicos ingleses: con la ayuda de máquinas especiales, se creó una tabla de un millón de números aleatorios. El método tabular para generar números aleatorios ha recibido un desarrollo significativo gracias a George Marsaglia, quien recibió 650 MB de números aleatorios en 1996. Sin embargo, debido a la estrechez del alcance, este método actualmente no es ampliamente aceptado.
Las máquinas que generan números aleatorios en tiempo real tienen varias ventajas sobre los dispositivos que crean tablas de números aleatorios. Una de las primeras máquinas de este tipo fue la computadora Ferranti Mark 1, que en 1951 incluía un programa que generaba números aleatorios basados en el flujo de ruido de entrada de una resistencia. Curiosamente, la idea de crear dicho programa fue del gran matemático inglés Alan Turing. Otra innovación en el campo de la generación de números aleatorios fue la invención en 1957 del ERNIE (Equipo indicador electrónico de números aleatorios), originalmente destinado a generar números ganadores en la lotería británica.
Números pseudoaleatorios
La invención de los generadores de números aleatorios sin duda ha acelerado mucho el proceso científico y tecnológico. Sin embargo, estos dispositivos tenían un inconveniente de importancia crítica, que limitaba significativamente la posibilidad de su aplicación. Ya a mediados del siglo XX, el matemático húngaro-estadounidense John von Neumann señaló la inadecuación de los generadores físicos de números aleatorios en la informática, debido a la imposibilidad de repetir un experimento aleatorio y, en consecuencia, la imposibilidad de reproducir un número aleatorio. para probar el funcionamiento de una máquina. Así es como la comunidad científica necesitaba números pseudoaleatorios, números que tienen una serie de propiedades importantes de los números aleatorios, pero que no se obtienen como resultado de un experimento aleatorio, sino sobre la base de algún algoritmo. El propio John von Neumann se convirtió en el autor del método "medio del cuadrado", que le permite obtener números pseudoaleatorios de diez dígitos en la salida.
El principal inconveniente de los números pseudoaleatorios es, por supuesto, la falta de aleatoriedad de los datos, que es tan importante en muchas áreas de la ciencia y la vida. Además, todos los generadores de números pseudoaleatorios tienen la propiedad de hacer bucles, es decir, a partir de un momento determinado se repite la secuencia de números de salida, muchos algoritmos son reversibles, y algunos incluso tienen una distribución unidimensional desigual. Por lo tanto, en la actualidad, esta área atrae a muchos investigadores que buscan desarrollar generadores de números pseudoaleatorios existentes o crear nuevos eficientes.
Datos interesantes
- Según algunos historiadores, los primeros intentos de generar números aleatorios datan del año 3500 a. Curiosamente, están relacionados con el antiguo juego de mesa egipcio "Senet", que consiste en mover fichas por el tablero.
- Durante mucho tiempo, los resultados de los censos de población y otras tablas de datos obtenidos experimentalmente sirvieron como fuentes de números aleatorios para algunos problemas prácticos reales.
- A principios de la década de 2010, el exdirector de seguridad de la Asociación de Loterías Multiestatales aprovechó una vulnerabilidad en los algoritmos de generación de números pseudoaleatorios. El intruso tenía acceso al software utilizado para determinar los números ganadores de los boletos de lotería, con el que podía determinar las combinaciones ganadoras varios días al año. Fue acusado en 2015 después de ganar $16,5 millones.
- Una vez, un generador de números pseudoaleatorios instalado en la computadora de a bordo de una nave espacial Apolo hizo que su movimiento funcionara mal y se desviara gravemente de su trayectoria prevista. Como descubrieron los científicos, los datos de salida del generador utilizado para calcular las velocidades angulares cayeron en el semiplano inferior en el 80% de los casos, lo que no cumplió en absoluto con los criterios requeridos para la aleatoriedad de los resultados del generador.
El problema de la generación de números aleatorios es actualmente uno de los más relevantes y prometedores en la comunidad científica. Al mismo tiempo, este tema es sobre todo interesante para las personas que están alejadas del mundo de la ciencia. Familiarízate con los algoritmos de generación de números pseudoaleatorios más famosos y sus áreas de uso.
