有什么事是計算機做不到的？產生真隨機數，電腦不會擲骰子-焦點熱文

當今世界，從航天工程到信息管理，從人工智能到過程控制，各個領域都少不了計算機的參與。

(資料圖)

但計算機也并不是萬能的，有很多事情是無法辦到的，甚至于一些看似十分簡單的事情，計算機也做不到，比如產生隨機數。計算機不能產生隨機數嗎？很多活動，比如公司年會搖獎，不都是采用計算機搖號的方式進行的嗎？的確，計算機可以生成隨機數，但計算機所產生的隨機數是要加上一個引號的，因為它并不是真正意義上的隨機數，而是“偽隨機數”。

為什么計算機只能產生偽隨機數呢？因為電腦不會擲骰子。

擲骰子對于一個人來說是一件無比簡單的事情，但對于計算機來說卻是難于上青天，因為計算機的一切行為都必須要有一個特定的程序，產生隨機數也不例外。什么是隨機數？簡單來講就是一個數字的出現不遵循任何的規律，第一個數字的出現不能夠決定第二個數字，同樣的，第三個數字也與前兩個數字沒有任何關系，這對于計算機來說就是一件不可能的事情。計算機可以通過對算法的改進而讓“偽隨機數”的產生過程變得更加復雜，但這仍然不能改變“偽隨機數”的本質。

那么計算機到底是如何產生“偽隨機數”的呢？

最早的偽隨機數生成法是由計算機之父馮·諾伊曼研發的，它被稱為“平方取中法”，現在這種隨機數生成方法已經被徹底廢棄了。所謂平方取中法，首先必須得選定一個種子數字，這個數字是事先設定的，可以是1234，也可以是5678，就以5678為例吧，第一步是先對種子數字進行平方，5678乘以5678就等于32239684。

完成了第一步平方之后，就是第二步，取中。

所謂取中，就是取32239684的中間四個數，也就是去掉前面的32和后面的84，中間剩下的四個數是2396，這就是第一個隨機數。第二個隨機數就是讓第一個隨機數重復平方取中的計算過程，也就是2396乘以2396等于05740816，中間的四個數字是7408，這就是第二個隨機數。由于平方取中法過于簡單，只要知道了種子數字，就能夠計算出之后所有的隨機數，所以現在已經不再使用了。

另一種相對簡單，但還在使用的隨機數生成方法被稱為“同余法”。

同余法首先要選定兩個定數，比如第一個定數為444，第二個定數為1234?，F在還是要先有一個種子數字，還是以5678為例吧。第一步是用種子乘以第一個定數，也就是5678乘以444等于2521032，接下來第二步就是用第一步的結果除以第二個定數，也就是2521032除以1234，四舍五入等于2043，這就是第一個隨機數。第二個隨機數的產生就是用第一個隨機數重復上述步驟，2043乘以444，再除以1234，等于735，這就是第二個隨機數。

相比平方取中法來說，同余法就要復雜多了，不僅要知道種子數字，還得知道兩個定數，才能夠計算出后面所出現的所有隨機數。

當然，如果事先知道了所使用的是何種程序，再有足夠多的隨機數樣本，也可以計算出定數。不過同余法還可以進行變形，比如在乘法之后再加入一個加法，再添加進去第三個定數，這樣就變成了“線性同余法”，也就更復雜了一些。無論是同余法還是平方取中法，都是比較簡單的隨機數生成方法，而現在我們主要使用的隨機數生成方法是要復雜得多的“梅森旋轉算法”，這種算法涉及到了比較復雜的計算過程，涉及到了矩陣和矢量的數學知識，按照這種方法生成的隨機數分布非常接近于真隨機數，但其本質上仍然是偽隨機數，每個數之間都是存在邏輯關系的。

更多內容請關注公眾號：sunmonarch

標簽： 偽隨機數 比較復雜