Znanstveni in tehnološki napredek 20. stoletja se lahko v veliki meri zahvali razvoju teorije verjetnosti in ustvarjanju generatorjev naključnih števil.
Naključna števila so števila, ki jih je mogoče interpretirati kot rezultate implementacije neke naključne spremenljivke – osnovni koncept teorije verjetnosti. Koncept naključnosti v tem kontekstu implicira nepredvidljivost vrednosti dane količine pred začetkom poskusa.
Zgodovina naključnih števil
Potreba človeštva po uporabi naključnih števil se je pojavila veliko preden so znanstveniki izumili naprave, ki omogočajo pridobivanje naključnih nizov. Dolgo časa so ljudje uporabljali improvizirana sredstva za ustvarjanje naključnih števil, vključno s predmeti žive in nežive narave.
Eden najbolj osupljivih primerov najpreprostejših generatorjev naključnih števil so znane kocke, ki se danes pogosto uporabljajo. V elementarnih in vadbenih eksperimentih lahko odvisnosti zakona gibanja kocke od okolja, začetnih pogojev in človeškega faktorja povsem zanemarimo, zato lahko število točk na kocki z nekaterimi zadržki štejemo za naključno. spremenljivka. Kocke so imele pomembno vlogo pri razvoju teorije verjetnosti: leta 1890 je angleški raziskovalec Francis Galton predlagal metodo za generiranje naključnih števil z uporabo kock.
Nekoliko bolj zapleten v napravi je še en generator številk, ki se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju - loterijski boben. Ta naprava je boben z oštevilčenimi kroglicami, ki se v njem mešajo med vrtenjem. Glavno področje uporabe loterijskih bobnov so loterije in loto. Zlahka je uganiti, da lototron zaradi nizke stopnje naključnosti in hitrosti delovanja ni primeren za uporabo v resnih znanstvenih poskusih.
Prvi generator naključnih števil, ki omogoča pridobivanje velikih količin podatkov in je primeren za reševanje uporabnih problemov, je bil izumljen leta 1939. Maurice George Kendall in Bernard Babington-Smith sta ustvarila napravo, ki je lahko ustvarila tabelo s 100.000 naključnimi številkami. In samo 16 let pozneje je ameriško strateško podjetje RAND 10-krat izboljšalo rezultate angleških akademikov - s pomočjo posebnih strojev je nastala tabela milijona naključnih števil. Tabelarna metoda za generiranje naključnih števil je doživela pomemben razvoj po zaslugi Georgea Marsaglie, ki je leta 1996 prejel 650 MB naključnih števil. Vendar zaradi ozkosti obsega ta metoda trenutno ni široko sprejeta.
Stroji, ki ustvarjajo naključna števila v realnem času, imajo številne prednosti pred napravami, ki ustvarjajo tabele naključnih števil. Eden prvih takih strojev je bil računalnik Ferranti Mark 1, ki je leta 1951 vključeval program, ki je generiral naključna števila na podlagi vhodnega toka hrupa upora. Zanimivo je, da je idejo o ustvarjanju takšnega programa dal veliki angleški matematik Alan Turing. Inovativen na področju generiranja naključnih števil je bil tudi izum ERNIE (Electronic Random Number Indicator Equipment) leta 1957, ki je bil prvotno namenjen generiranju dobitnih številk na britanski loteriji.
Psevdonaključna števila
Izum generatorjev naključnih števil je nedvomno močno pospešil znanstveni in tehnološki proces. Vendar so imele te naprave kritično pomembno pomanjkljivost, ki je bistveno omejila možnost njihove uporabe. Že sredi 20. stoletja je madžarsko-ameriški matematik John von Neumann opozoril na neprimernost fizičnih generatorjev naključnih števil v računalništvu, zaradi nezmožnosti ponovitve naključnega eksperimenta in posledično nezmožnosti reprodukcije naključnega števila. preizkusiti delovanje stroja. Tako je znanstvena skupnost potrebovala psevdonaključna števila - števila, ki imajo številne pomembne lastnosti naključnih števil, vendar pridobljena ne kot rezultat naključnega eksperimenta, temveč na podlagi nekega algoritma. John von Neumann je sam postal avtor metode "sredine kvadrata", ki vam omogoča, da na izhodu dobite desetmestna psevdonaključna števila.
Glavna pomanjkljivost psevdonaključnih števil je seveda pomanjkanje naključnosti podatkov, ki je tako pomembna na številnih področjih znanosti in življenja. Poleg tega imajo vsi generatorji psevdonaključnih števil lastnost zanke, to je, da od določenega trenutka ponavljajo zaporedje izhodnih števil, številni algoritmi so reverzibilni, nekateri pa imajo celo neenakomerno enodimenzionalno porazdelitev. Zato trenutno to področje privlači številne raziskovalce, ki želijo razviti obstoječe ali ustvariti nove učinkovite generatorje psevdonaključnih števil.
Zanimiva dejstva
- Po mnenju nekaterih zgodovinarjev so prvi poskusi generiranja naključnih števil segali v leto 3500 pr. Nenavadno je, da so povezani s staroegipčansko namizno igro "Senet", ki je sestavljena iz premikanja žetonov po plošči.
- Dolgo časa so rezultati popisov prebivalstva in druge podatkovne tabele, pridobljene eksperimentalno, služile kot viri naključnih števil za nekatere resnične praktične probleme.
- Ranljivost v algoritmih za generiranje psevdonaključnih številk je v začetku leta 2010 izkoristil nekdanji varnostni direktor Združenja večdržavne loterije. Vsiljivec je imel dostop do programske opreme za določanje dobitnih številk srečk, s katero je lahko več dni v letu ugotavljal zmagovalne kombinacije. Leta 2015 je bil obtožen, potem ko je osvojil 16,5 milijona dolarjev.
- Generator psevdonaključnih števil, nameščen na vgrajenem računalniku enega vesoljskega plovila Apollo, je nekoč povzročil okvaro njegovega gibanja in resno odstopanje od predvidene poti. Kot so ugotovili znanstveniki, so izhodni podatki generatorja, ki se uporablja za izračun kotnih hitrosti, v 80% primerov padli v spodnjo polravnino, kar absolutno ni ustrezalo zahtevanim kriterijem za naključnost rezultatov generatorja.
Problem generiranja naključnih števil je trenutno eden najbolj relevantnih in obetavnih v znanstveni skupnosti. Hkrati je ta tema zanimiva predvsem za ljudi, ki so daleč od sveta znanosti. Seznanite se z najbolj znanimi algoritmi za generiranje psevdonaključnih števil in področji njihove uporabe.
