« Swingens lilla värld, och delfinens | Main | RSS-feed blir RSS-förs »

juli 29, 2003

Problem med slumptalsgeneratorer?

Ytterligare en intressant Natureartikel idag: Random numbers hit and miss om att slumptalsgeneratorer kan vara skeva.

Yet as computers become more powerful, they will be used to carry out bigger simulations - and then the non-randomness will begin to show up. "In times of high precision there is no place for bad random-number generators," says Stephan Mertens of the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics in Trieste, Italy.

Martens and colleague Heiko Bauke of Otto von Guericke University in Magdeburg, Germany, have pinpointed the mathematical cause of this non-randomness. In a supposedly random sequence of 1's and 0's, a typical algorithm tends to cluster zeros together, they show, introducing a bias.

Man bör nog läsa originalartikeln Pseudo Random Coins Show More Heads Than Tails noga.

Abstract: Tossing a coin is the most elementary Monte Carlo experiment. In a computer the coin is replaced by a pseudo random number generator. It can be shown analytically and by exact enumerations that popular random number generators are not capable of imitating a fair coin: pseudo random coins show more heads than tails. This bias explains the empirically observed failure of some random number generators in random walk experiments. It can be traced down to the special role of the value zero in the algebra of finite fields.


Till TODO-listan, alltså.

Posted by hakank at juli 29, 2003 04:51 EM Posted to Matematik

Comments

Skevheter i slumptalsgeneratorer är ett av Mathematica-Wolframs favoritämnen. Han skriver en del om det i A new kind of science.

En av tillämpningarna av hans cellmaskiner är att generera slumptal. Enligt vad jag minns används en av hans algoritmer faktiskt i Mathematica. Han har inte hittat några skevheter i den, å andra sidan är den ofullständigt analyserad.

Posted by: Jan Tångring at augusti 2, 2003 11:15 FM

Tack för tipset om boken. Jag har länge funderat på att köpa den, men den har tidigare varit lite för dyr. Din kommentar är nog den "tipping-point" (som det heter numera) som får mig att verkligen köpa och läsa den.

Även Wolframs paper 'Random Sequence Generation by Cellular Automata' (som jag ännu inte läst) handlar tydligen om detta. Finns på http://www.stephenwolfram.com/publications/articles/ca/86-random/index.html

Har du några övriga kommentarer om boken? Den har ju blivit mycket nedsablad.

Posted by: Håkan Kjellerstrand at augusti 2, 2003 11:58 FM

Wolfram har gjort en enorm insats för grundforskning på cellautomater. Bara det i sig gör hans bok berättigad. Ankos är en cellautomaternas Systema Naturae.

Wolfram radar upp exempel efter exempel hur olika naturliga fenomen kan modelleras i cellautomater av olika slag. Jag blir imponerad.

Jag kan inte bedöma det han påstår om begränsningar hos dagens biologiska, fysiska, etc, modeller. Men det som ligger inom beräkningsteorins domäner kan jag bedöma, jag har undervisat i ämnet. Wolfram behärskar beräkningsteorin. Med reservation för att jag inte har gått igenom hans konstruktioner i detalj är han en A-student. Om jag fortfarande hade undervisat i beräkningsteori skulle jag absolut ha använt Ankos i undervisningen -- om inte annat för att få konstruktionerna kollade i detalj -- det är sånt man har studenter till :-)

Jag har tagit mig igenom knappt halva boken. Den har legat och samlat damm i några månader nu.

I stora stycken är boken tillgänglig för den utan fackkunskap. Han är duktig på att förklara och han är duktig på att visualisera.

Han ÄR tjatig och självberömmande, men det kan han väl få vara. Grundtemat är "ingen trodde väl att något såpass komplext kunde modelleras med något såpass enkelt men det kunde det". Han upprepar det säkert hundra gånger i boken.

Han tror själv att hans modeller ligger nära verkligheten i en ganska stark mening. Men han påpekar samtidigt flera gånger att modell och verklighet är olika saker. Så ontologiskt har han ryggen fri tycker jag. Jag tycker de som kritiserat honom här är fel ute.

Vilka idéer är Wolframs och vilka tillhör andra? Det vet jag inte, och det spelar ingen roll för mig som läsare. För mig är det mesta nytt. De ofantliga mängder simuleringar han gjort i sin "partikelkrossare" Mathematica är hans eget verk, liksom hans analyser av resultaten. Som sagt, han har lagt ner en svindlande volym tankemöda och cpu-tid på detta.

För mig personligen har boken varit inspirerande. Jag köper en hel del av hans entusiasm för cellautomatmodeller. Jag "ser" cellautomater överallt omkring mig numera. Jag letar efter den typen av beskrivningar och tycker de känns rimliga. Det kanske kan leda till något nyttigt? Det är väl precis den typen av nytta som boken kan göra, den kan inspirera till nya sorters lösningar.

Grundtesen i boken är att alla tänkbara sorters komplexa system kan generas av mycket enkla cellautomater. Inklusive slump, då.

Beräkningsteoretiskt är det sant, han bevisar (med reservation för att jag inte kollat beviset) att en av hans cellmaskiner är en universell turingmaskin.

Och det är jäkligt suggestivt för mig i alla fall att det också är "praktiskt sant", han ger övertygande många exempel på enkla cellautomater som genererar komplexa system från naturen. För modellering och simulering tycker jag att hans modeller borde vara användbara -- jag undrar om inte datorspelsgrafikutvecklarna borde titta på hans modeller av strömvirvlar till exempel?

Han skissar i ett kapitel på hur den grundläggande fysiken skulle kunna beskrivas som cellautomater -- här hänger jag tyvärr inte med så bra.

Posted by: Jan Tångring at augusti 3, 2003 10:08 EM

Stort tack för en inspirerande recension!

Känner igen det där att se "automater" överallt. Själv ser jag överallt mikromotiv (individuella regler och beteenden) som leder till makrobeteende (grupp-/emergenta fenomen), nu när jag läser om agentbaserad modellering och adaptiva komplexa system. (Termerna på de olika nivåerna skiljer sig beroende på vilken bok man läser).

Cellulära automater är ju ett av de första exemplen på sådana komplexa system och de är viktiga rent teoretiskt, så Ankos ligger nära till hands att fortsätta med.

Programmerar du och experimenterar med CA under tiden du läser boken?

F.ö. är Ankos nu beställd.

Posted by: Håkan Kjellerstrand at augusti 3, 2003 11:30 EM

För litet tid, så många spår att följa! Man måste prioritera.

Kanske om jag sloge två flugor i en smäll och lärde mig programmera OS X och skrev en skärmsläckare enligt någon av Ankosalgoritmerna.

Posted by: Jan Tångring at augusti 4, 2003 06:13 EM