我无法理解这个,哪个更随机?
rand()
OR:
rand() * rand()
我发现这是一个真正的脑筋急转弯,你能帮我吗?
编辑:
直觉上,我知道数学上的答案是它们是同样随机的,但我不禁想,如果你在将两者相乘时“运行随机数算法”两次,你会创建比只做一次更随机的东西。
我无法理解这个,哪个更随机?
rand()
OR:
rand() * rand()
我发现这是一个真正的脑筋急转弯,你能帮我吗?
编辑:
直觉上,我知道数学上的答案是它们是同样随机的,但我不禁想,如果你在将两者相乘时“运行随机数算法”两次,你会创建比只做一次更随机的东西。
当前回答
只是一个澄清
尽管每当你试图发现伪随机变量或其乘法的随机性时,前面的答案都是正确的,但你应该知道,虽然random()通常是均匀分布的,但random(*random)却不是。
实例
这是通过伪随机变量模拟的均匀随机分布样本:
BarChart[BinCounts[RandomReal[{0, 1}, 50000], 0.01]]
这是两个随机变量相乘后得到的分布:
BarChart[BinCounts[Table[RandomReal[{0, 1}, 50000] *
RandomReal[{0, 1}, 50000], {50000}], 0.01]]
所以,两者都是“随机”的,但它们的分布是非常不同的。
另一个例子
当2*Random()均匀分布时:
BarChart[BinCounts[2 * RandomReal[{0, 1}, 50000], 0.01]]
随机()+随机()不是!
BarChart[BinCounts[Table[RandomReal[{0, 1}, 50000] +
RandomReal[{0, 1}, 50000], {50000}], 0.01]]
中心极限定理
中心极限定理指出,随着项的增加,Random()的和趋于正态分布。
只需四个术语即可获得:
BarChart[BinCounts[Table[RandomReal[{0, 1}, 50000] + RandomReal[{0, 1}, 50000] +
Table[RandomReal[{0, 1}, 50000] + RandomReal[{0, 1}, 50000],
{50000}],
0.01]]
在这里,通过将1、2、4、6、10和20个均匀分布的随机变量相加,可以看到从均匀分布到正态分布的道路:
Edit
几个学分
感谢Thomas Ahle在评论中指出,最后两张图片中显示的概率分布称为Irwin Hall分布
感谢Heike出色的撕裂功能
其他回答
公认的答案很好,但有另一种方法可以回答你的问题。PachydermPuncher的答案已经采用了这种替代方法,我只是将其扩展一点。
思考信息理论最简单的方法是用最小的信息单位,一个比特。
在C标准库中,rand()返回一个0到rand_MAX范围内的整数,根据平台的不同,这个限制可能会有不同的定义。假设RAND_MAX恰好被定义为2^n-1,其中n是某个整数(这恰好是Microsoft实现中的情况,其中n为15)。然后我们可以说,一个好的实现将返回n位信息。
想象一下,rand()通过翻转硬币找到一位的值来构造随机数,然后重复直到它有一批15位。然后,这些位是独立的(任何一个位的值都不会影响同一批中其他位具有特定值的可能性)。因此,独立考虑的每个比特都像一个介于0和1之间的随机数,并且在该范围内“均匀分布”(可能是0和1)。
位的独立性确保了由一批位表示的数字也将在其范围内均匀分布。这很明显:如果有15位,允许的范围是0到2^15-1=32767。该范围内的每个数字都是唯一的位模式,例如:
010110101110010
并且如果比特是独立的,则没有模式比任何其他模式更可能发生。因此,该范围内所有可能的数字都有相同的可能性。反之亦然:如果rand()产生均匀分布的整数,那么这些数字是由独立的位组成的。
因此,将rand()看作是一条生产比特的生产线,它恰好以任意大小的批量提供比特。如果您不喜欢大小,请将批分成单独的位,然后按您喜欢的数量将它们放回一起(尽管如果您需要的特定范围不是2的幂,则需要缩小数字,目前最简单的方法是转换为浮点)。
回到你最初的建议,假设你想从15个批次到30个批次,向rand()请求第一个数字,将其移位15位,然后向其添加另一个rand(()。这是一种在不影响均匀分布的情况下组合对rand(的两个调用的方法。它的工作原理很简单,因为放置信息位的位置之间没有重叠。
这与通过乘以常数来“拉伸”rand()的范围非常不同。例如,如果你想将rand()的范围加倍,你可以乘以2,但现在你只能得到偶数,而不能得到奇数!这并不完全是一个平稳的分布,并且可能是一个严重的问题,具体取决于应用程序,例如,假设允许奇数/偶数下注的轮盘游戏。(从位的角度考虑,你可以直观地避免这个错误,因为你会意识到,乘以2等于将位向左移动一位(意义更大),然后用零填补空白。所以很明显,信息量是一样的——只是移动了一点。)
在浮点数应用程序中,数字范围中的这种差距是无法解决的,因为浮点数范围内在地具有根本无法表示的差距:在每两个可表示的浮点数之间的差距中存在无限数量的缺失实数!所以无论如何,我们必须学会与差距共处。
正如其他人所警告的那样,直觉在这一领域是有风险的,特别是因为数学家无法抵抗实数的诱惑,因为实数是一种充满了粗糙的无限和明显的悖论的可怕的令人困惑的东西。
但至少如果你从比特角度来看,你的直觉可能会让你走得更远。比特真的很容易——甚至计算机都能理解。
用更离散的数字来考虑可能会有所帮助。考虑一下要生成1到36之间的随机数,所以您决定最简单的方法是投掷两个公平的6面骰子。你得到了这个:
1 2 3 4 5 6
-----------------------------
1| 1 2 3 4 5 6
2| 2 4 6 8 10 12
3| 3 6 9 12 15 18
4| 4 8 12 16 20 24
5| 5 10 15 20 25 30
6| 6 12 18 24 30 36
所以我们有36个数字,但并不是所有数字都得到了公平的表示,有些数字根本没有出现。靠近中心对角线(左下角到右上角)的数字将以最高频率出现。
描述骰子之间不公平分布的相同原则同样适用于0.0和1.0之间的浮点数。
当你对随机数的组合会发生什么感到怀疑时,你可以利用你在统计理论中学到的经验。
在OP的情况下,他想知道X*X=X^2的结果是什么,其中X是沿统一[0,1]分布的随机变量。我们将使用CDF技术,因为它只是一对一映射。
由于X~Uniform[0,1],其cdf为:fX(X)=1我们需要转换Y<-X^2,因此Y=X^2求逆x(y):sqrt(y)=x,这给出了x作为y的函数。接下来,求导数dx/dy:d/dy(sqrt(y))=1/(2sqrt(y)
Y的分布如下:fY(Y)=fX(x(Y))|dx/dy |=1/(2 sqrt(Y)
我们还没有完成,我们必须得到Y的域,因为0<=x<1,0<=x^2<1因此Y在范围[0,1)内。如果你想检查Y的pdf是否真的是pdf,请在域中集成它:从0到1集成1/(2 sqrt(Y)),实际上,它会弹出为1。此外,请注意所述函数的形状看起来像belisarious发布的内容。
至于X1+X2+…+Xn,(其中Xi ~一致[0,1]),我们可以求助于中心极限定理,它适用于存在矩的任何分布。这就是Z检验存在的原因。
用于确定生成的pdf的其他技术包括雅可比变换(这是cdf技术的广义版本)和MGF技术。
编辑:作为澄清,请注意,我所说的是结果转换的分布,而不是其随机性。这实际上是一个单独的讨论。我实际上得到的是(rand())^2。对于rand()*rand((),它要复杂得多,无论如何,这不会导致任何类型的均匀分布。
正如其他人已经指出的那样,这个问题很难回答,因为我们每个人的大脑中都有自己的随机性图景。
这就是为什么,我强烈建议您花一些时间阅读本网站,以更好地了解随机性:
http://www.random.org/
回到真正的问题。在这个术语中没有或多或少的随机性:
两者都只是随机出现的!
在这两种情况下-仅rand()或rand(*rand)-情况相同:在几十亿个数字之后,序列将重复(!)。对观察者来说,它似乎是随机的,因为他不知道整个序列,但计算机没有真正的随机源,所以他也不能产生随机性。
天气是随机的吗?我们没有足够的传感器或知识来确定天气是否随机。
根据您的计算机体系结构,相乘数字最终会得到更小的解决方案范围。
如果您的计算机显示16位数字,rand()将为0.1234567890123乘以第二个rand(),0.1234567890123,将得到0.0152415如果你把实验重复10^14次,你肯定会找到更少的解决方案。