تولید کننده های اعداد تصادفی

روش شبیه سازی مونت کارلو با فرموله نمودن فرآیندی تصادفی به دنبال استفاده از تولیدکننده های اعداد تصادفی بوده که در نهایت با بهره گرفتن از آنها بتواند جواب مسئله مشخصی را بدست آورد. این روش توسط محققین متعددی مانند لوس آلاموس، متروپلیس و یولام مطرح و مورد استفاده واقع شده است. ارتقا و بهبود عملکرد رایانه ها در خصوص انجام محاسبات فراوان و تکراری موجب توجه و عنایت بیشتر به این روش شده است. به دلیل آنکه در روش شبیه سازی مونت کارلو از اعداد تصادفی استفاده می شود آشنایی با تولید کننده های متنوع اعداد تصادفی در این روش از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است.

در زمان های قدیم به منظور تولید اعداد تصادفی از روش های دستی مانند پرتاب سکه، پرتاب تاس و بهم زدن کارت ها استفاده می شده است. در زمان های بعدی از ابزارهای فیزیکی مانند نشانگرهای صوتی که قابلیت اتصال به رایانه را نیز دارا بودند جهت تولید اعداد تصادفی استفاده می شده است. با وجود مزیت هایی که استفاده از ابزارهای فیزیکی در زمان خویش به همراه داشتند بنا به دلایل ذیل استفاده از آنها جهت مقاصد شبیه سازی رایانه ای در طول زمان محدود و ناچیز گردید:

• روش های فیزیکی از سرعت بسیار پایینی جهت تولید اعداد تصادفی برخوردار بودند.
• اعداد تصادفی که با بهره گرفتن از این روش ها تولید می شدند از قابلیت بازتولید برخوردار نبودند.

با وجود آنکه در زمان های اخیر روش های تولید فیزیکی پیشرفته ای جهت تولید اعداد تصادفی بوجود آمده است که قابلیت تولید اعداد تصادفی را با سرعتی بسیار بالا دارا بوده اند اما ایراد مربوط به عدم بازتولید اعداد تصادفی تولیدی با بهره گرفتن از این روش ها همچنان به قوت خویش باقی مانده است.

در حال حاضر معمولا از روش ها و الگوریتم های ساده ای جهت تولید اعداد تصادفی استفاده می شود که به آسانی توسط رایانه ها قابل اجرا بوده اند. این الگوریتم های ساده علاوه برآنکه سرعت بالایی جهت تولید اعداد تصادفی دارا بوده حجم پایینی را در رایانه ها اشغال نموده و قابلیت بازتولید اعداد تصادفی تولیدی را نیز دارا بوده اند.

تولیدکننده های اعدادتصادفی مناسب و مطلوب بایستی تمامی مشخصات و ویژگی های آماری مربوط به اعداد تصادفی را دارا باشند اما با این وجود روش ها و الگوریتم هایی که برای تولید اعداد تصادفی از آنها استفاده می شود بدلیل آنکه توانایی ارضای تمامی مشخصات مربوطه را دارا نبوده اند، در بیشتر مواقع اعداد تصادفی تولیدی بوسیله این تولیدکننده ها را اعداد شبه تصادفی می نامند.

تمامی تولیدکننده های اعداد تصادفی در مورد تولید اعداد تصادفی مطلوب و مناسب برای شبیه سازی های رایانه ای بایستی از ویژگی ها و خصوصیات مشخصی برخوردار باشند که در ادامه به این مشخصه های کلیدی اشاره می نماییم:

• طول دوره: هر تولیدکننده ای برای تولید اعداد تصادفی بایستی طول دوره مشخصی داشته باشد. منظور از طول دوره، تعداد اعدادی بوده است که بازتولید می شوند یعنی پس از تولید چند عدد تصادفی دوباره چرخه اعداد تصادفی تولیدی تکرار شده و اعداد باز تولید می شوند.
• بازتولید: منظور از بازتولید آن بوده که اعداد تصادفی که تولید شده اند را می توان بار دیگر به همان صورت کنونی تولید مجدد نمود یا خیر. به بیان دیگر آیا تولیدکننده اعداد تصادفی می تواند در طی چند مرتبه تولید اعداد تصادفی با ملحوظ نمودن ورودی های یکسان خروجی های یکسانی تولید نماید یا خیر.
• سرعت: یکی دیگر از ویژگی های تولیدکننده های اعداد تصادفی سرعت تولید اعداد تصادفی بوسیله آنها بوده است. در این خصوص اینگونه مطرح می شود که به دنبال تولیدکننده هایی بوده ایم که این توانایی را دارا باشند که اعداد تصادفی را با سرعت بیشتری تولید نمایند و بدین وسیله بتوانند در زمان کوتاه تری اعداد تصادفی بیشتری تولید نمایند.
• قابلیت جابجایی: منظور از قابلیت جابجایی این بوده که تولیدکننده های اعداد تصادفی از این قابلیت برخوردار بوده باشند که بر روی انواع رایانه ها قابل اجرا بوده و قابلیت انتقال و جابجایی و اجرا را بر روی انواع سیستم های رایانه ای دارا باشند.
• تصادفی بودن: یکی دیگر از خصیصه های تولیدکننده های اعداد تصادفی قابلیت آنها در تولید اعدادی بوده که در آنها هیچ الگوی مشخصی وجود نداشته و کاملا تصادقی باشند که در این مورد ویژگی های تئوریک تولیدکننده ها و آزمایشات آماری مختلف به انجام می رسد تا میزان تصادفی بودن اعداد تولید شده توسط تولیدکننده های اعداد تصادفی مشخص گردد.

یکی از مباحث مهم و مطرح در مورد شبیه سازی مونت کارلو که به منزله هسته اصلی این روش نیز شمرده می شود، تولید اعداد تصادفی و الگوریتم های مربوط به آنها بوده است. قبل از مطرح نمودن روش های مختلف تولید اعداد تصادفی به دو نکته ذیل که در ادامه برای تولید دنباله ای از اعداد تصادفی مورد توجه بوده است اشاره می نماییم:

• هر عدد تصادفی تولیدی به صورتی پیوسته در دامنه ای بین 0 و 1 قرار گرفته است.
• اعداد تصادفی تولیدی به صورت دو به دو از هم مستقل می باشند. بنابراین پیش بینی دنباله اعداد تصادفی غیرممکن بوده است. ( معارفیان، 1389 ، ص57-59)