زندگی ما مملوء از اتفاقات و اعداد تصادفی است. ممکن است فکر کنید بیشتر این اتفاقات خارج از کنترل ما هستند، و تصادفی بودن آنها یا برای ما سودمند نیست و یا در برخی موارد زیان بار است. اما باید درنظر گرفت که گاهی اوقات این اتفاقات تصادفی به نفع ما هستند.  حتی در برخی موارد ما به دنبال اتفاقات تصادفی هستیم.

برای مثال بازی ای را در نظر بگیرید که در ابتدای آن برای مشخص کردن شروع کننده بازی از یک رویداد تصادفی (مانند پرتاب سکه) استفاده می کنیم. در این مثال، ما از یک رویداد تصادفی در جهت خواسته خود بهره می بریم. فراتر از این مورد، می توان بررسی های آماری را عنوان کرد.

تصور کنید که شما سپر ضد گلوله طراحی کرده و برای اطمینان از کارایی آن، آزمایشی ترتیب داده اید. شما در مقابل سپر دستگاهی قرار داده اید که به طور همزمان ۱۰۰ تیر را به سمت آن پرتاب می کند. بدیهی است که شما انتظار دارید تیر ها به صورت تصادفی به نقاط مختلف سپر برخورد کنند تا بررسی استحکام سپر به درستی انجام شود.

اگرچه رویداد های تصادفی در حوزه های مختلف و با شکل های متفاوتی ظاهر می شوند، اما در علم آمار، ما برای بررسی و تحلیل آنها، نیازمند کمّی سازی پدیده ها هستیم. همانطور که در مثال بالا می توان مختصات برخورد تیر ها را به عنوان کمیت های عددی مورد بررسی قرار داد. بدین ترتیب می توان با تغییر زاویه نگاه به یک رویداد تصادفی، آن  را صرفا تلاشی برای یافتن اعداد تصادفی دید.

در جستجوی اعداد تصادفی (Random Numbers)

دیدیم که اعداد تصادفی (در قالب رویداد های تصادفی) می توانند سودمند باشند. علاوه بر نمونه های اشاره شده، اعداد تصادفی نقش بسیار مهم و حیاتی ای در رمزنگاری ها دارند. به گونه ای که متخصصین رمزنگاری همواره به دنبال راه های جدید برای یافتن اعداد تصادفی هستند. جالب است بدانید که در گذشته، به علت نیاز محققان به استفاده از اعداد تصادفی در مطالعات خود، جداولی تهیه می شد  که از پیش با مقادیر تصادفی پر شده بود. اما آیا واقعا ساختن یک عدد تصادفی کاری دشوار است؟

روش های تولید اعداد تصادفی

روش های فیزیکی

طبعیت پیچیده است. پیچیده تر از آن که به توان تمامی ابعاد یک رویداد طبیعی را در نظر گرفت و آن را به طور دقیق پیش بینی کرد. از پرتاب یک تاس، تا واپاشی های کوانتمی، و حتی شرایط آب و هوایی. این پیچیدگی و عدم قطعیت ما، خود نوعی تصادفی بودن (Randomness) را شکل میدهد. در واقع، تصادفی ترین پدیده های تصادفی، همین رویداد های طبیعی اند. با کمک این پدیده ها می توان عدد های تصادفیِ حقیقی (True Random) ساخت. این دست رویداد های تصادفی ، بویژه در دهه های اخیر، بسیار مورد توجه بوده اند.

ممکن است تصور شود ساختن چنین اعداد تصادفی ای که حتی با پرتاب تاس می تواند آنان را تولید کرد، کاری ساده و بدیهی است. اما باید توجه داشت که در تحقیقات و آزمایش ها، گاهاً نیاز به هزاران یا شاید میلیون ها عدد تصادفی داریم. (که در این صورت پرتاب تاس نمی تواند راهکار خوبی باشد!) به علاوه، در بیشتر موارد اعداد مطلوب در بازه های بزرگتری قرار میگیرند. (در حالی که در پرتاب تاس، تنها اعدادی در بازه ۱ تا ۶ ساخته می شوند)

همه اینها سبب می شود تا در پی راه های جایگزین بهینه تری باشیم. امروزه شرکت ها و موسساتی هستند که با تجهیزات پیشرفته، میتوانند رویداد هایی نظیر پدیده ها و فرایند های کوانتمی و الکترومغناطیسی، نویزهای آب هوایی (نویزهایی که به علت شرایط آب و هوایی در انتقال امواج رادیویی ایجاد می شود)، و واپاشی رادیو اکتیو ها را به عنوان عوامل طبیعی بی نظمی (Entropy) مورد بررسی قرار دهند و بر اساس داده های بدست آمده، اعداد تصادفی حقیقی تولید کنند. برای نمونه سایت RANDOM.ORG بر پایه نویز های آب و هوایی، ابزاری برای یافتن اعداد تصادفی طراحی کرده است.

اگرچه انسان به عنوان منبع خوبی برای ایجاد بینظمی و تصادفی بودن مورد توجه نیست، با اینحال برخی از سیستم های تولید اعداد تصادفی، بر اساس رفتار های انسان عمل می کنند. برای مثال یک نرم افزار ممکن است زمان دقیق فشردن یک کلید توسط کاربر را با دقت بالا ثبت کند و از آن به عنوان یک عدد تصادفی استفاده کند. (مثلا برنامه گزارش می کند که فرد، ۸۴۵۶ ثانیه پس از ساعت ۱۲:۰۰:۰۰ کلید را فشرده است) حتی می توان نرم افزاری را طراحی کرد که از حرکت آزادانه موس توسط کاربر، مقادیر تصادفی تولید کند. البته همانطور که گفته شد این روش ها از توجه کمتری برخوردارند.

در ادامه این مبحث، روش های دیگری را برای تولید اعداد تصادفی بررسی خواهیم کرد. روش هایی که با مزایا و معیایبی همراه اند و سبب معرفی دسته دیگری از اعداد تصادفی، به نام اعدادی شبه تصادفی (Pseudo-Random) می شوند.

پیش از آشنایی با این اعداد، خوب است درباره آنها کمی کنجکاوی کنیم. به نظر شما اعداد شبه تصادفی چه اعدادی هستند؟ چرا آن ها را شبه تصادفی می گویند؟ چگونه ممکن است عددی شبیه به اعداد تصادفی باشد؟ نظرات خود را در بخش دیدگاه ها به اشتراک بگذارید!