1900-luvun tieteellinen ja teknologinen kehitys on pitkälti velkaa todennäköisyysteorian kehitykselle ja satunnaislukugeneraattoreiden luomiselle.
Satunnaisluvut ovat lukuja, jotka voidaan tulkita jonkin satunnaismuuttujan - todennäköisyysteorian peruskäsitteen - toteutuksen tuloksiksi. Satunnaisuuden käsite tässä yhteydessä tarkoittaa tietyn suuren arvon arvaamattomuutta ennen kokeen alkua.
Satunnaislukujen historia
Ihmiskunnan tarve käyttää satunnaislukuja syntyi kauan ennen kuin tiedemiehet keksivät laitteita, jotka mahdollistavat satunnaisten taulukoiden hankkimisen. Pitkän aikaa ihmiset käyttivät improvisoituja keinoja luodakseen satunnaislukuja, mukaan lukien elävien ja elollisten esineiden luominen.
Yksi silmiinpistävimmistä esimerkeistä yksinkertaisimmista satunnaislukugeneraattoreista ovat tutut nopat, joita käytetään nykyään laajalti. Alkeis- ja harjoituskokeissa nopan liikelain riippuvuudet sen ympäristöstä, alkuolosuhteista ja inhimillisestä tekijästä voidaan jättää kokonaan huomiotta, joten nopan pistemäärää voidaan tietyin varauksin pitää satunnaisena. muuttuja. Nopalla oli merkittävä rooli todennäköisyysteorian kehityksessä: vuonna 1890 englantilainen tutkija Francis Galton ehdotti menetelmää satunnaislukujen generoimiseksi noppien avulla.
Hieman monimutkaisempi laitteessa on toinen jokapäiväisessä elämässä laajalti käytetty numerogeneraattori - arparumpu. Tämä laite on rumpu, jossa on numeroituja palloja, jotka sekoitetaan sen sisällä pyörimisen aikana. Lottorumpujen pääasiallinen käyttöalue on arpajaiset ja lotto. On helppo arvata, että lototron ei sovellu käytettäväksi vakavissa tieteellisissä kokeissa vähäisen satunnaisuuden ja toimintanopeuden vuoksi.
Ensimmäinen satunnaislukugeneraattori, jonka avulla voit saada suuria tietomääriä ja joka soveltuu sovellettavien ongelmien ratkaisemiseen, keksittiin vuonna 1939. Maurice George Kendall ja Bernard Babington-Smith loivat laitteen, joka pystyi luomaan taulukon, joka sisältää 100 000 satunnaislukua. Ja vain 16 vuotta myöhemmin amerikkalainen strateginen yritys RAND paransi englantilaisten akateemikkojen tuloksia 10 kertaa - erikoiskoneiden avulla luotiin miljoonan satunnaisluvun taulukko. Taulukkomenetelmä satunnaislukujen generoimiseksi on saanut merkittävää kehitystä George Marsaglian ansiosta, joka sai 650 Mt satunnaislukuja vuonna 1996. Tämä menetelmä ei kuitenkaan ole tällä hetkellä laajalti hyväksytty, koska soveltamisala on kapea.
Koneilla, jotka luovat satunnaislukuja reaaliajassa, on useita etuja verrattuna laitteisiin, jotka luovat satunnaislukutaulukoita. Yksi ensimmäisistä tällaisista koneista oli Ferranti Mark 1 -tietokone, joka sisälsi vuonna 1951 ohjelman, joka generoi satunnaislukuja vastuksen tulokohinavirran perusteella. Mielenkiintoista on, että ajatus tällaisen ohjelman luomisesta oli suuri englantilainen matemaatikko Alan Turing. Myös innovatiivinen satunnaislukujen generoinnin alalla oli vuonna 1957 keksitty ERNIE (Electronic Random Number Indicator Equipment), jonka alun perin oli tarkoitus tuottaa voittonumeroita brittiläisessä lotossa.
Pseudosatunnaiset luvut
Satunnaislukugeneraattoreiden keksintö on epäilemättä nopeuttanut tieteellistä ja teknologista prosessia suuresti. Näillä laitteilla oli kuitenkin erittäin tärkeä haittapuoli, joka rajoitti merkittävästi niiden käyttömahdollisuuksia. Unkarilais-amerikkalainen matemaatikko John von Neumann totesi jo 1900-luvun puolivälissä fyysisten satunnaislukugeneraattoreiden sopimattomuuden laskennassa, koska satunnaiskokeen toistaminen on mahdotonta ja sen seurauksena satunnaisluvun toistamisen mahdottomuus. testata koneen toimintaa. Näin tiedeyhteisö tarvitsi näennäissatunnaisia lukuja - lukuja, joilla on useita tärkeitä satunnaislukujen ominaisuuksia, mutta joita ei saatu satunnaisen kokeen tuloksena, vaan jonkin algoritmin perusteella. John von Neumannista tuli "neliön keskikohta" -menetelmän kirjoittaja, jonka avulla voit saada kymmennumeroisia pseudosatunnaislukuja ulostulossa.
Pseudosatunnaislukujen suurin haittapuoli on tietysti tietojen satunnaisuuden puute, mikä on niin tärkeää monilla tieteen ja elämän aloilla. Lisäksi kaikilla näennäissatunnaislukugeneraattoreilla on ominaisuus silmukoitua, eli tietystä hetkestä lähtien toistaa lähtönumeroiden sarja, monet algoritmit ovat palautuvia, ja joillakin on jopa epätasainen yksiulotteinen jakautuminen. Siksi tällä hetkellä tämä alue houkuttelee monia tutkijoita, jotka pyrkivät kehittämään olemassa olevia tai luomaan uusia tehokkaita näennäissatunnaislukugeneraattoreita.
Mielenkiintoisia faktoja
- Joidenkin historioitsijoiden mukaan ensimmäiset yritykset luoda satunnaislukuja ovat peräisin vuodelta 3500 eaa. Kummallista kyllä, ne liittyvät muinaiseen egyptiläiseen lautapeliin "Senet", joka koostuu pelimerkkien siirtämisestä laudalla.
- Väestölaskennan tulokset ja muut kokeellisesti saadut tietotaulukot toimivat pitkään satunnaislukujen lähteinä joihinkin todellisiin käytännön ongelmiin.
- Multi-State Lottery Associationin entinen turvallisuusjohtaja käytti hyväkseen näennäissatunnaisten lukujen luontialgoritmien haavoittuvuutta 2010-luvun alussa. Tunkeutujalla oli käytössään arpajaisten voittolukujen määrittämiseen käytetty ohjelmisto, jolla hän pystyi määrittämään voittoyhdistelmät useana päivänä vuodessa. Häntä syytettiin vuonna 2015, kun hän oli voittanut 16,5 miljoonaa dollaria.
- Yhden Apollo-avaruusaluksen ajotietokoneeseen asennettu pseudosatunnaislukugeneraattori aiheutti kerran sen liikkeen toimintahäiriön ja poikkesi vakavasti suunnitellulta liikeradalta. Kuten tutkijat selvittivät, kulmanopeuksien laskemiseen käytetyn generaattorin lähtötiedot putosivat 80 %:ssa tapauksista alempaan puolitasoon, mikä ei ehdottomasti täyttänyt generaattorin tulosten satunnaisuuden edellytyksiä.
Satunnaislukujen luomisen ongelma on tällä hetkellä yksi tärkeimmistä ja lupaavimmista tiedeyhteisössä. Samaan aikaan tämä aihe kiinnostaa enimmäkseen ihmisiä, jotka ovat kaukana tieteen maailmasta. Tutustu tunnetuimpiin näennäissatunnaisten lukujen generointialgoritmeihin ja niiden käyttöalueisiin.
