Kemajuan saintifik dan teknologi abad ke-20 banyak berhutang kepada perkembangan teori kebarangkalian dan penciptaan penjana nombor rawak.
Nombor rawak ialah nombor yang boleh ditafsirkan sebagai hasil pelaksanaan beberapa pembolehubah rawak - konsep asas teori kebarangkalian. Konsep rawak dalam konteks ini membayangkan ketidakpastian nilai kuantiti tertentu sebelum permulaan eksperimen.
Sejarah nombor rawak
Keperluan manusia untuk menggunakan nombor rawak timbul lama sebelum penciptaan peranti oleh saintis yang membenarkan mendapatkan tatasusunan rawak. Untuk masa yang lama, orang ramai menggunakan cara improvisasi untuk menjana nombor rawak, termasuk objek yang bersifat bernyawa dan tidak bernyawa.
Salah satu contoh paling menarik bagi penjana nombor rawak termudah ialah dadu biasa, yang digunakan secara meluas hari ini. Dalam eksperimen asas dan latihan, pergantungan hukum pergerakan dadu pada persekitarannya, keadaan awal, dan faktor manusia boleh diabaikan sepenuhnya, jadi bilangan mata pada dadu boleh, dengan beberapa tempahan, dianggap rawak. pembolehubah. Dadu memainkan peranan penting dalam pembangunan teori kebarangkalian: pada tahun 1890, penyelidik Inggeris Francis Galton mencadangkan kaedah untuk menjana nombor rawak menggunakan dadu.
Sedikit lebih rumit dalam peranti adalah satu lagi penjana nombor yang digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian - gendang loteri. Peranti ini ialah dram dengan bola bernombor yang bercampur di dalamnya semasa putaran. Bidang utama penggunaan gendang loteri ialah loteri dan loteri. Mudah untuk meneka bahawa lototron tidak sesuai digunakan dalam eksperimen saintifik yang serius kerana tahap rawak dan kelajuan operasi yang rendah.
Penjana nombor rawak pertama yang membolehkan anda mendapatkan sejumlah besar data dan sesuai untuk menyelesaikan masalah terpakai telah dicipta pada tahun 1939. Maurice George Kendall dan Bernard Babington-Smith mencipta peranti yang boleh menjana jadual yang mengandungi 100,000 nombor rawak. Dan hanya 16 tahun kemudian, syarikat strategik Amerika RAND meningkatkan keputusan ahli akademik Inggeris 10 kali - dengan bantuan mesin khas, jadual sejuta nombor rawak telah dicipta. Kaedah jadual untuk menjana nombor rawak telah menerima perkembangan yang ketara terima kasih kepada George Marsaglia, yang menerima 650 MB nombor rawak pada tahun 1996. Walau bagaimanapun, disebabkan skop yang sempit, kaedah ini tidak diterima secara meluas pada masa ini.
Mesin yang menjana nombor rawak dalam masa nyata mempunyai beberapa kelebihan berbanding peranti yang mencipta jadual nombor rawak. Salah satu mesin yang pertama ialah komputer Ferranti Mark 1, yang pada tahun 1951 memasukkan program yang menghasilkan nombor rawak berdasarkan aliran bunyi masukan perintang. Menariknya, idea untuk mencipta program sedemikian adalah ahli matematik Inggeris yang hebat, Alan Turing. Juga inovatif dalam bidang penjanaan nombor rawak ialah ciptaan ERNIE (Electronic Random Number Indicator Equipment) pada tahun 1957, yang pada asalnya bertujuan untuk menjana nombor yang menang dalam loteri British.
Nombor pseudorandom
Penciptaan penjana nombor rawak sudah pasti telah mempercepatkan proses saintifik dan teknologi. Walau bagaimanapun, peranti ini mempunyai kelemahan yang sangat penting, yang mengehadkan kemungkinan penggunaannya dengan ketara. Sudah pada pertengahan abad ke-20, ahli matematik Hungary-Amerika John von Neumann menyatakan ketidaksesuaian penjana nombor rawak fizikal dalam pengkomputeran, disebabkan oleh ketidakmungkinan untuk mengulangi eksperimen rawak dan, akibatnya, kemustahilan untuk menghasilkan semula nombor rawak untuk menguji operasi mesin. Beginilah cara komuniti saintifik memerlukan nombor pseudo-rawak - nombor yang mempunyai beberapa sifat penting nombor rawak, tetapi diperoleh bukan hasil daripada percubaan rawak, tetapi berdasarkan beberapa algoritma. John von Neumann sendiri menjadi pengarang kaedah "tengah segi empat sama", yang membolehkan anda mendapatkan nombor pseudo-rawak sepuluh digit pada output.
Kelemahan utama nombor pseudo-rawak adalah, sudah tentu, kekurangan data rawak, yang sangat penting dalam banyak bidang sains dan kehidupan. Di samping itu, semua penjana nombor pseudo-rawak mempunyai sifat gelung, iaitu, dari saat tertentu untuk mengulangi urutan nombor output, banyak algoritma boleh diterbalikkan, dan ada juga yang mempunyai taburan satu dimensi yang tidak sekata. Oleh itu, pada masa ini, kawasan ini menarik ramai penyelidik yang berusaha untuk membangunkan penjana nombor pseudo-rawak baharu yang cekap.
Fakta menarik
- Menurut beberapa ahli sejarah, percubaan pertama untuk menjana nombor rawak bermula sejak 3500 SM. Anehnya, mereka disambungkan dengan permainan papan Mesir purba "Senet", yang terdiri daripada cip bergerak di sekeliling papan.
- Untuk masa yang lama, hasil banci penduduk dan jadual data lain yang diperoleh secara eksperimen berfungsi sebagai sumber nombor rawak untuk beberapa masalah praktikal sebenar.
- Kerentanan dalam algoritma penjanaan nombor pseudo-rawak telah dieksploitasi pada awal tahun 2010 oleh bekas pengarah keselamatan Persatuan Loteri Berbilang Negeri. Penceroboh mempunyai akses kepada perisian yang digunakan untuk menentukan nombor kemenangan tiket loteri, yang dengannya dia boleh menentukan kombinasi kemenangan beberapa hari setahun. Dia didakwa pada 2015 selepas memenangi $16.5 juta.
- Penjana nombor pseudo-rawak yang dipasang pada komputer atas kapal satu kapal angkasa Apollo pernah menyebabkan pergerakannya tidak berfungsi dan menyimpang dengan serius daripada trajektori yang dimaksudkan. Seperti yang diketahui oleh saintis, data keluaran penjana yang digunakan untuk mengira halaju sudut jatuh ke dalam satah separuh bawah dalam 80% kes, yang sama sekali tidak memenuhi kriteria yang diperlukan untuk rawak keputusan penjana.
Masalah menjana nombor rawak kini merupakan salah satu yang paling relevan dan menjanjikan dalam komuniti saintifik. Pada masa yang sama, topik ini kebanyakannya menarik untuk orang yang jauh dari dunia sains. Biasakan diri anda dengan algoritma penjanaan nombor pseudo-rawak yang paling terkenal dan kawasan penggunaannya.
