Vitenskapelige og teknologiske fremskritt i det 20. århundre skyldes mye utviklingen av sannsynlighetsteori og opprettelsen av tilfeldige tallgeneratorer.
Tilfeldige tall er tall som kan tolkes som resultater av implementeringen av en tilfeldig variabel - det grunnleggende konseptet for sannsynlighetsteori. Begrepet tilfeldighet i denne sammenhengen innebærer uforutsigbarheten av verdien av en gitt mengde før starten av eksperimentet.
Historikk for tilfeldige tall
Menneskehetens behov for å bruke tilfeldige tall oppsto lenge før oppfinnelsen av enheter av forskere som gjør det mulig å oppnå tilfeldige matriser. I lang tid brukte folk improviserte midler for å generere tilfeldige tall, inkludert gjenstander av livlig og livløs natur.
Et av de mest slående eksemplene på de enkleste tilfeldige tallgeneratorene er de kjente terningene, som er mye brukt i dag. I elementære eksperimenter og treningseksperimenter kan avhengigheten av bevegelsesloven til en terning av miljøet, startforholdene og den menneskelige faktoren bli fullstendig neglisjert, så antall poeng på en terning kan, med noen forbehold, betraktes som et tilfeldig. variabel. Terninger spilte en betydelig rolle i utviklingen av sannsynlighetsteori: i 1890 foreslo den engelske forskeren Francis Galton en metode for å generere tilfeldige tall ved hjelp av terninger.
Litt mer komplisert i enheten er en annen tallgenerator som er mye brukt i hverdagen - lotterietromma. Denne enheten er en trommel med nummererte kuler som blandes inni den under rotasjon. Hovedbruksområdet for lotteritrommer er lotterier og lotto. Det er lett å gjette at lototronen er uegnet for bruk i seriøse vitenskapelige eksperimenter på grunn av den lave graden av tilfeldighet og operasjonshastighet.
Den første tilfeldige tallgeneratoren som lar deg få store mengder data og er egnet for å løse brukte problemer ble oppfunnet i 1939. Maurice George Kendall og Bernard Babington-Smith opprettet en enhet som kunne generere en tabell som inneholder 100 000 tilfeldige tall. Og bare 16 år senere forbedret det amerikanske strategiske selskapet RAND resultatene til engelske akademikere 10 ganger - ved hjelp av spesielle maskiner ble det opprettet en tabell med en million tilfeldige tall. Tabellmetoden for å generere tilfeldige tall har fått betydelig utvikling takket være George Marsaglia, som mottok 650 MB tilfeldige tall i 1996. På grunn av det begrensede omfanget er denne metoden imidlertid ikke allment akseptert.
Maskiner som genererer tilfeldige tall i sanntid har en rekke fordeler fremfor enheter som lager tabeller med tilfeldige tall. En av de første slike maskinene var Ferranti Mark 1-datamaskinen, som i 1951 inkluderte et program som genererte tilfeldige tall basert på inngangsstøystrømmen til en motstand. Interessant nok var ideen om å lage et slikt program den store engelske matematikeren Alan Turing. Også nyskapende innen generering av tilfeldige tall var oppfinnelsen i 1957 av ERNIE (Electronic Random Number Indicator Equipment), opprinnelig ment å generere vinnende tall i det britiske lotteriet.
Pseudotilfeldige tall
Oppfinnelsen av tilfeldige tallgeneratorer har utvilsomt akselerert den vitenskapelige og teknologiske prosessen betraktelig. Imidlertid hadde disse enhetene en kritisk viktig ulempe, som betydelig begrenset muligheten for deres anvendelse. Allerede på midten av 1900-tallet bemerket den ungarsk-amerikanske matematikeren John von Neumann uegnetheten til fysiske tilfeldige tallgeneratorer i databehandling, på grunn av umuligheten av å gjenta et tilfeldig eksperiment og, som et resultat, umuligheten av å reprodusere et tilfeldig tall. å teste driften av en maskin. Dette er hvordan det vitenskapelige miljøet trengte pseudo-tilfeldige tall - tall som har en rekke viktige egenskaper av tilfeldige tall, men oppnådd ikke som et resultat av et tilfeldig eksperiment, men på grunnlag av en eller annen algoritme. John von Neumann ble selv forfatteren av «midt på kvadratet»-metoden, som lar deg få ti-sifrede pseudo-tilfeldige tall ved utgangen.
Den største ulempen med pseudo-tilfeldige tall er selvfølgelig mangelen på datatilfeldighet, som er så viktig på mange områder av vitenskapen og livet. I tillegg har alle pseudo-tilfeldige tallgeneratorer egenskapen til looping, det vil si at fra et visst øyeblikk for å gjenta sekvensen av utdatanummer, er mange algoritmer reversible, og noen har til og med en ujevn endimensjonal fordeling. Derfor tiltrekker dette området for tiden mange forskere som søker å utvikle eksisterende eller skape nye effektive pseudo-tilfeldige tallgeneratorer.
Interessante fakta
- I følge noen historikere dateres de første forsøkene på å generere tilfeldige tall tilbake til 3500 f.Kr. Merkelig nok er de forbundet med det gamle egyptiske brettspillet "Senet", som består i å flytte sjetonger rundt på brettet.
- I lang tid fungerte resultatene av folketellinger og andre datatabeller innhentet eksperimentelt som kilder til tilfeldige tall for noen reelle praktiske problemer.
- En sårbarhet i pseudo-tilfeldige tallgenereringsalgoritmer ble utnyttet tidlig på 2010-tallet av den tidligere sikkerhetsdirektøren i Multi-State Lottery Association. Inntrengeren hadde tilgang til programvare som ble brukt til å bestemme vinnertall på lottokuponger, som han kunne bestemme vinnerkombinasjonene med flere dager i året. Han ble siktet i 2015 etter å ha vunnet 16,5 millioner dollar.
- En pseudo-tilfeldig tallgenerator installert på datamaskinen ombord på et Apollo-romfartøy førte en gang til at bevegelsen sviktet og alvorlig avviket fra den tiltenkte banen. Som forskerne fant ut, falt utdataene til generatoren som ble brukt til å beregne vinkelhastighetene i det nedre halvplanet i 80% av tilfellene, noe som absolutt ikke oppfylte de nødvendige kriteriene for tilfeldigheten til resultatene til generatoren.
Problemet med å generere tilfeldige tall er for tiden et av de mest relevante og lovende i det vitenskapelige miljøet. Samtidig er dette emnet mest interessant for folk som er langt fra vitenskapens verden. Gjør deg kjent med de mest kjente pseudo-tilfeldige tallgenereringsalgoritmene og deres bruksområder.
