شبه عشوائية

سلسلة الأرقام شبه العشوائية هي سلسلة تبدو عشوائية إحصائيًا ، على الرغم من أنها ناتجة عن عملية حتمية وقابلة للتكرار تمامًا. ^{[ 1 ]} تُستخدم مولدات الأرقام شبه العشوائية بكثرة في برمجة الحاسوب، لأن مصادر العشوائية التقليدية المتاحة للبشر (مثل رمي النرد) تعتمد على عمليات فيزيائية غير متاحة بسهولة لبرامج الحاسوب، على الرغم من أن التطورات في تكنولوجيا مولدات الأرقام العشوائية المادية قد تحدّت هذا الأمر.

يُستخدم توليد الأرقام العشوائية في العديد من التطبيقات، مثل أخذ العينات العشوائية ، وطرق مونت كارلو ، وألعاب الطاولة ، والمقامرة . مع ذلك، في الفيزياء ، تُعتبر معظم العمليات، كالتسارع الناتج عن الجاذبية، حتمية، أي أنها تُنتج دائمًا النتيجة نفسها من نقطة البداية نفسها. ومن الاستثناءات البارزة الاضمحلال الإشعاعي والقياس الكمي ، اللذان يُنمذجان على أنهما عمليتان عشوائيتان تمامًا في الفيزياء الأساسية. ولأن هاتين العمليتين ليستا مصدرين عمليين للأرقام العشوائية، تُستخدم الأرقام شبه العشوائية، التي تتميز، من الناحية المثالية، بعدم القدرة على التنبؤ بتسلسل عشوائي حقيقي، على الرغم من توليدها بواسطة عملية حتمية. ^{[ 2 ]}

في العديد من التطبيقات، تكون العملية الحتمية عبارة عن خوارزمية حاسوبية تُسمى مولد الأرقام شبه العشوائية ، والتي يجب تزويدها أولاً برقم يُسمى البذرة العشوائية . ولأن البذرة نفسها ستُنتج التسلسل نفسه في كل مرة، فمن المهم اختيار البذرة بعناية وإخفاؤها، لا سيما في التطبيقات الأمنية ، حيث تُعد عدم القدرة على التنبؤ بالنمط سمة بالغة الأهمية. ^{[ 3 ]}

في بعض الحالات التي يكون فيها من المهم أن يكون التسلسل غير قابل للتنبؤ بشكل واضح، تم استخدام مصادر فيزيائية للأرقام العشوائية، مثل التحلل الإشعاعي، أو الضوضاء الكهرومغناطيسية الجوية التي يتم جمعها من جهاز راديو مضبوط بين محطات مختلفة، أو توقيتات ضغطات المفاتيح المتداخلة . ^{[ 1 ] [ 4 ]} يؤدي الوقت اللازم للحصول على هذه الأرقام إلى حل وسط: استخدام بعض هذه القراءات الفيزيائية كبذرة لمولد أرقام شبه عشوائية.

قبل الحوسبة الحديثة، كان الباحثون الذين يحتاجون إلى أرقام عشوائية إما يقومون بتوليدها من خلال وسائل مختلفة ( النرد ، والبطاقات ، وعجلات الروليت ، ^{[ 5 ]} وما إلى ذلك) أو يستخدمون جداول الأرقام العشوائية الموجودة.

كانت المحاولة الأولى لتزويد الباحثين بمصدر جاهز للأرقام العشوائية في عام 1927، عندما نشرت مطبعة جامعة كامبريدج جدولًا يضم 41600 رقمًا طوره تيبت من مختبر مصادم الهادرونات الكبير . وفي عام 1947، قامت مؤسسة راند بتوليد أرقام من خلال محاكاة إلكترونية لعجلة الروليت؛ ^{[ 5 ]} ونُشرت النتائج في النهاية عام 1955 تحت عنوان " مليون رقم عشوائي مع 100000 انحراف معياري" .

في علم الحاسوب النظري ، يُعتبر التوزيع شبه عشوائي ضد فئة من الخصوم إذا لم يتمكن أي خصم من تلك الفئة من تمييزه عن التوزيع المنتظم بميزة كبيرة. ^{[ 6 ]} يُدرس مفهوم شبه العشوائية هذا في نظرية التعقيد الحسابي وله تطبيقات في علم التشفير .

بصورة رسمية، ليكن S و T مجموعتين منتهيتين، وليكن F = { f : S → T } فئة من الدوال. يكون التوزيع D على S شبه عشوائي من النوع ε بالنسبة إلى F إذا كان لكل f في F ، المسافة الإحصائية بين التوزيعين${\displaystyle f(X)}$و${\displaystyle f(Y)}$، أين${\displaystyle X}$يتم أخذ عينة من D و${\displaystyle Y}$يتم أخذ عينة من التوزيع المنتظم على S ، وهي على الأكثر ε.

في التطبيقات النموذجية، يصف الصنف F نموذجًا للحوسبة بموارد محدودة، ويهتم المرء بتصميم توزيعات D ذات خصائص معينة تكون شبه عشوائية بالنسبة إلى F. غالبًا ما يتم تحديد التوزيع D كمخرج لمولد شبه عشوائي . ^{[ 7 ]}

• التماثلية – ميل العقد المتشابهة إلى الاتصال 
• مولد أرقام شبه عشوائية آمن تشفيرياً – نوع من الدوال المصممة بحيث لا يمكن حلها بواسطة خوارزميات البحث عن الجذور 
• قائمة مولدات الأرقام العشوائية
• سلسلة ثنائية شبه عشوائية – سلسلة بتات عشوائية ظاهريًا، يصعب التنبؤ بها، يتم إنشاؤها بواسطة خوارزمية حتمية 
• مجموعة شبه عشوائية
• مولد الأرقام شبه العشوائية - خوارزمية تولد تقريبًا لسلسلة أرقام عشوائية 
• المتتابعة ذات التباين المنخفض - نوع من المتتابعات الرياضية 
• توليد الأرقام العشوائية - إنشاء سلسلة من الأرقام لا يمكن التنبؤ بها 
• الضوضاء شبه العشوائية – إشارة شبه عشوائية ذات خصائص مشابهة للضوضاء 
• العدد المتسامي - العدد الذي يفوق جميع الأعداد المنتهية 

• دونالد إي. كنوث (1997) فن برمجة الحاسوب ، المجلد 2: الخوارزميات شبه العددية (الطبعة الثالثة) . أديسون-ويسلي بروفيشنال، رقم ISBN 0-201-89684-2
• جولدرايش، أوديد (2008). التعقيد الحسابي: منظور مفاهيمي . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-88473-0.انظر على وجه الخصوص الفصل 8: مولدات الأرقام العشوائية الزائفة، الصفحات 284-348، والملحق ج.2: العشوائية الزائفة، الصفحات 490-493.
• فادان، إس بي (2012). "العشوائية الزائفة". أسس واتجاهات في علوم الحاسوب النظرية . 7 ( 1-3 ): 1-336 . doi : 10.1561/0400000010 .

• هوت بيتس: أرقام عشوائية حقيقية، ناتجة عن التحلل الإشعاعي
• استخدام وإنشاء أرقام عشوائية ذات جودة تشفيرية
• في RFC 4086، تمت مناقشة استخدام متواليات الأرقام شبه العشوائية في علم التشفير بالتفصيل. ^{[ 8 ]}