هرج و مرج قابل پیش بینی
هرج و مرج قابل پیش بینی
چگونه کامپیوترها تصادفی می کنند اعداد
در نرم افزار و به طور کلی در مهندسی ، ضرورت تصادفی مجدد وجود دارد - اعداد و تصاویری که تصادفی به نظر می رسند ، ظاهر و احساس تصادفی دارند ، اما در واقع با استفاده از الگوریتم های مشخص تولید می شوند. این حالت شبه تصادفی نامیده می شود و ما روشهای ساده ساخت اعداد شبه تصادفی را دقیق تر بررسی خواهیم کرد. در پایان مقاله ، ما یک قضیه ساده برای تولید این اعداد به ظاهر تصادفی تدوین کرده ایم.
تعیین اینکه تصادفی بودن دقیقاً چیست ، می تواند یک کار چالش برانگیز باشد. آزمایشاتی وجود دارد (برای مثال پیچیدگی کولموگروف) ، که می تواند به شما یک مقدار ریاضی مناسب برای تصادفی بودن یک دنباله بدهد ، اما در مورد ما ، ما مزاحم نمی شویم. ما به سادگی سعی خواهیم کرد دنباله ای تولید کنیم که دارای اعدادی است که از یک الگوی ظاهراً نامرتبط پیروی می کنند.
اغلب ، الزام فقط یک عدد واحد نیست ، بلکه چندین عدد تصادفی است که به طور مداوم تولید می شوند. بنابراین ، با توجه به مقدار اولیه ، ما باید راهی برای تولید ارزش های بیشتر داشته باشیم. به این مقدار اولیه دانه گفته می شود و بعداً خواهیم دید که چگونه بذر را بدست آوریم. در حال حاضر ، بیایید بر تولید مجموعه ای از اعداد متمرکز شویم.
تولید اعداد تصادفی از دانه
یک رویکرد می تواند استفاده از فرمول ریاضی دیوانه کننده روی دانه باشد و آن را به اندازه کافی دستکاری کند. به طوری که عدد خروجی غیرقابل پیش بینی به نظر می رسد ، و سپس از آن به عنوان دانه برای تکرار بعدی استفاده کنید - اما این عملکرد "mangling" چگونه باید باشد؟
بیایید با این ایده آزمایش کنیم و ببینیم به کجا می رسد ما این تابع mangling یک مقدار می گیرد و مقدار دیگری را برمی گرداند. بیایید آن را R.
R (ورودی) -> خروجی
بنامیم R را با یک عملکرد ساده احمقانه شروع کنیم. R به سادگی 1. را اضافه می کند. اصلا تصادفی نیست؟ به آنجا خواهیم رسید بگذارید R ثابت c را به جای 1 در حال حاضر اضافه کند. ، 22 ،…. هنوز خیلی پیش نرفته ایم یک ویژگی بارز که ما از دست می دهیم این واقعیت است که همیشه نباید اعداد در حال افزایش باشند - آنها باید در محدوده پراکنده شوند. ما باید خط عددی خود را به سمت خود برگردانیم تا مقادیر کوچکتری نیز تولید کند - یک دایره اعدادی!
یک صفحه ساعت را در نظر بگیرید - خط شماره ما از 1 شروع می شود و در 12 جمع می شود (یا 0). از آنجا که کامپیوترها با ریاضی که از 0 شروع می شود راحت تر هستند ، فرض کنید ساعت ها به جای 12 در بالا 0 داشته باشند.
اثری از عملکردی که ما تعریف کرده ایم در حال حاضر ، از ساعت 1 شروع می کنیم ، دوباره به اضافه کردن 7 ادامه می دهیم. ادامه دهید ، آن را در صفحه ساعت ردیابی کنید! ما
1 8 3 10 5 0 7 2 9 4 11 6 1 8 ...
پیشرفت می کنیم! ما مشاهده می کنیم که پس از 12 عدد ، سری ما همچنان به تکرار ادامه می دهد ، مهم نیست که چه عددی را برای شروع انتخاب کنیم. این یک ویژگی بسیار مهم استدر نظر داشته باشید - اگر چرخه ما n عنصر داشته باشد ، ما فقط می توانیم حداکثر n عنصر را قبل از تکرار دنباله خود تولید کنیم. محدود کردن طول چرخه چیزی جز مدول یا عملگر باقی مانده نیست.
R (x) = (x + c)٪ m
در این مرحله ، همچنین مشاهده خواهید کرد که برخی اعداد ذاتاً انتخاب های بدی برای c هستند. اگر c 4 بود و ما از 1 شروع می کردیم ، دنباله ما 1 ، 5 ، 9 ، 1 ، 5 ، 9 ، 1 ، 5 ، 9 ، ... بود که دنباله وحشتناکی است! اصلا تصادفی نیست! واضح است که اعدادی را که برای طول چرخه انتخاب می کنیم و عددی را که برای پرش c انتخاب می کنیم باید به شیوه خاصی مرتبط باشند.
اگر این مورد را برای چند مقدار امتحان کنید ، ویژگی مشاهده آسان است-m و c باید نسبتاً اول باشند ، که آن را مختلط نخست نیز می نامند.
تا کنون ، ما پرش اعداد را با جمع در نظر گرفته ایم ، اما در مورد ضرب چطور؟ شاید بتوانیم x را با یک عدد ثابت ضرب کنیم ، مثلا a. چرخه کمی بیشتر از c است. برای تولید یک چرخه معتبر از اعداد ،
این ویژگی ها ، همراه با قاعده ای که m و c باید همزمان باشند ، قضیه Hull-Dobell را تشکیل می دهند. اثبات این قضیه از حوصله این مقاله خارج است. البته اگر مجموعه ای از مقادیر مختلف را برای مقادیر مختلف در نظر بگیرید و ببینید چه چیزی بدست می آورید ، می توانید به یک نتیجه برسید!
تصمیم گیری در مورد بذر
یک چیزی که ما نداریم هنوز به موضوع تصمیم گیری در مورد بذر اولیه پرداخته شده است. ما می توانیم آن را بر روی یک عدد ثابت ثابت کنیم. این مورد در مواردی که به اعداد تصادفی احتیاج دارید مفید است ، اما هر بار که برنامه اجرا می شود باید یکسان باشد - برای مثال در هر بازی نقشه یکسانی ایجاد کنید.
روش دیگری برای تصمیم گیری در مورد دانه این است آن را از منبعی که هر بار برنامه اجرا می شود متفاوت است - مانند زمان سیستم. این مورد در مواردی که به یک عدد تصادفی عمومی نیاز است ، مانند برنامه ای برای شبیه سازی تاس ، مفید است. انجام دادن فقط یک رابطه تکراری است. بیایید فرمول خود را به عنوان یک رابطه تکراری تعریف کنیم.
رابطه نهایی به این شکل است:
x (n) = (a * x (n-1) + c)٪ m < /pre>جایی که x0 - یا اولین مقدار اولیه x - دانه است ، a ضرب کننده است ، c ثابت برای افزودن است و m مدول است.
آنچه که داریم که در اینجا ساخته می شود ، یک ژنراتور هم خطی خطی یا LCG نامیده می شود. اینها به طور عمومی مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا محاسبه بسیار سریع است و پیاده سازی آنها ساده است.
زبان ها و کامپایلرهای مختلف پیاده سازی های متفاوتی از LCG دارند ، بدین معنی که مقادیر این ثابت ها تغییر می کند. به عنوان مثال ، تابع عدد تصادفی درlibc ، کتابخانه استاندارد C برای لینوکس ، از m = 2^32 ، a = 1664525 و c = 1013904223 استفاده می کند. کامپایلری مانند gcc معمولاً از این مقادیر استفاده می کند.
آخرین نکات
الگوریتم های نسل پیچیده تری وجود دارد ، اما LCG یک الگوریتم ساده و کلاسیک است و درک آن نیز آسان است. اگر می خواهید غواصی عمیق تری داشته باشید ، مقاله اصلی Hull and Dobell (پیوند زیر را مشاهده کنید) ، که دارای شواهد زیبا برای شرایط LCG است.
تولید تعداد تصادفی کاربردهای فراوانی در علوم کامپیوتر دارد ، و به ویژه در رمزنگاری اهمیت دارد.
این همه برای این مقاله است ، از خواندن شما متشکرم!
[1] Hull and Dobell (1962) Random Number Generators
بازیافت کربن: تبدیل CO2 به سوخت آب و هوایی خنثی
بازیافت کربن: تبدیل CO2 به سوخت آب و هوایی خنثی
تخمین زده می شود که بیش از یک میلیارد وسیله نقلیه موتوری در سراسر جهان در جاده های ما وجود دارد. با توجه به اینکه اکثریت قریب به اتفاق این وسایل نقلیه هنوز از موتورهای بنزینی یا دیزلی استفاده می کنند ، نه تنها تسریع در حرکت به حرکت الکتریکی بلکه مدیریت و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای موجود بسیار مهم است. Efuels می تواند نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای داشته باشد تا گرمایش زمین را تا دو درجه سانتیگراد بالاتر از سطوح قبل از صنعتی نگه دارد. بنابراین ، سوخت های الکترونیکی یک عنصر مهم در تلاش های پورشه برای پیشگیری از کربن زدایی هستند.
سوختهای e سوخت های مصنوعی تولید شده از آب و دی اکسید کربن سوخت های الکترونیکی چیست و چرا پورشه از آنها استفاده می کند؟
eFuels سوختهای مصنوعی (یعنی هیدروکربنهای پیچیده) از آب (یا دقیقتر ، هیدروژن) و دی اکسید کربن (CO2). آنها جایگزین امیدوار کننده ای برای آب و هوا برای سوخت های فسیلی معمولی مانند بنزین و گازوئیل مشتق شده از نفت هستند. در حالی که انرژی مورد نیاز برای تولید آنها از انرژی های تجدیدپذیر مانند باد و خورشید تامین می شود ، تولید سوخت الکترونیکی خود شامل جذب مستقیم CO2 در هوا می شود. به جای حفاری نفت و انتقال مقادیر زیادی کربن از زمین به اتمسفر ، گاز گلخانه ای از هوا خارج شده و در نهایت به یک حامل انرژی مایع بازیافت می شود.
علاوه بر این ، سوخت های الکترونیکی با داخلی سازگار هستند. موتورهای احتراق (ICE) و امروزه می توانند در وسایل نقلیه در جاده ها ، به عنوان افزودنی بنزین و دیزل یا به عنوان جایگزین کامل مورد استفاده قرار گیرند. در واقع ، اتومبیل های گازسوز که از سوختهای الکترونیکی خالص استفاده می کنند ، می توانند به طور بالقوه به شیوه ای تقریباً خنثی از نظر آب و هوایی تغذیه شوند ، زیرا تنها به میزان CO2 که قبلاً در فرایند تولید از جو جذب شده است ، ساطع می کنند-یک چرخه بسته بدون افزایش خالص. در سطوح دی اکسید کربن مزیت دیگر سوخت های الکترونیکی این است که می توان آنها را به راحتی ذخیره ، حمل و توزیع در زیرساخت های موجود کرد.
سوختهای مصنوعی جایگزینی مناسب برای سوختهای فسیلی با آب و هوا هستند > تولید سوختهای الکترونیکی خنثی از نظر آب و هوا در مقیاس صنعتی
در حالی که فناوری زیر بنای سوختهای مصنوعی به خوبی شناخته شده است ، کربن سوختهای الکترونیکی خنثی هنوز در مقیاس وسیع تولید نشده است. سوخت های الکترونیکی برای مقرون به صرفه بودن و رقابت با بنزین معمولی باید با هزینه کم تولید شوند. پورشه در حال حاضر تحقیقات گسترده ای در زمینه تولید صنعتی و استفاده از سوخت های eFuels انجام می دهد و اخیراً یک پروژه آزمایشی با شرکت زیمنس انرژی و دیگر شرکای خود در شیلی راه اندازی کرده است: پروژه "Haru Oni" اولین کارخانه تجاری و یکپارچه در جهان برای تولید کربن است. سوخت های الکترونیکی خنثی در مقیاس صنعتی ظرفیت تولید سالانه آن از حدود 130،000 لیتر در سال 2022 به 550 میلیون لیتر در 2026 افزایش می یابد - معادل سوخت کافی برای تامین انرژی یک میلیون خودرو در یک سال.
سوخت ناشی از باد ، هیدروژن و CO₂
توجه به این نکته ضروری است که سوخت های مصنوعی ذاتاً سبز نیستند. رد پای کربن آنها بستگی زیادی به روند تولید و منبع برق آنها دارد. با توجه به این نکته ، تولید سوخت های مصنوعی در مناطق غنی از باد و خورشید که پتانسیل انرژی تجدیدپذیر زیاد است منطقی به نظر می رسد. به عنوان مثال ، پروژه "هارو اونی" از شرایط عالی باد در این منطقه استفاده می کندشیلی ، با استفاده از برق بدون کربن از باد.
سوخت الکترونیکی چگونه ساخته می شود؟ فرایند تولید آن با الکترولیز شروع می شود ، جایی که H2O به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می شود. با عبور جریان الکتریکی مستقیم از آب در یک سلول الکتریکی ، هیدروژن جدا شده و در قطب منفی (کاتد) می گیرد. بازده انرژی این فرایند حدود 70 درصد است.
علاوه بر این ، با استفاده از فرآیندی که به عنوان جذب مستقیم هوا شناخته می شود ، دی اکسید کربن مستقیماً از هوا استخراج می شود. طرفداران بزرگ هوای محیط را از طریق فیلترهایی که به طور شیمیایی با CO2 متصل می شوند ، دمیده اند. در مرحله بعد ، هیدروژن و CO2 جذب شده برای تولید به اصطلاح eMethanol ترکیب می شوند که برای اهداف مختلف به عنوان "جایگزین سبز" متانول مبتنی بر فسیل استفاده می شود. با این حال ، برای اهداف ما ، بیشتر به آنچه ما "سوخت الکترونیکی" می نامیم پردازش می شود. از طریق پالایش بیشتر ، سوخت ما به درجه اکتان قابل مقایسه با بنزین درجه یک می رسد ، البته هنوز برای موتورهای بنزینی معمولی قابل استفاده است. ما از سوخت های eFuels در ناوگان اتومبیلرانی خود ، در مراکز تجربه پورشه و در مراحل بعدی ، در خودروهای اسپرت تولید سری استفاده خواهیم کرد.
سوختها می توانند موبایل الکترونیکی را تکمیل کنند (Taycan Turbo S: مصرف برق ترکیبی: 28.5 کیلووات ساعت/100 کیلومتر ؛ انتشار CO2 0 گرم/کیلومتر) پایداری در پورشه
در پورشه ، ما کاملاً به پایداری و توافقنامه پاریس متعهد هستیم. به این ترتیب ، یک اولویت اصلی برای ما پیشبرد حرکت الکتریکی است. به عنوان مکمل این تلاش ، ما تولید گسترده بنزین تمیز و بدون آب و هوا را پیش می بریم: سوخت های الکترونیکی به ما کمک می کند تا رد پای کربن موتورهای احتراق و خودروهای هیبریدی پلاگین را به طور مداوم کاهش دهیم. آنها امکان امیدوار کننده ای را برای دور شدن کامل از سوخت های فسیلی و در عین حال نگه داشتن ناوگان های موجود ارائه می دهند. البته مزایای احتمالی حذف کربن و بازیافت کربن را نمی توان مبالغه کرد. بنابراین ، صنعتی شدن بیشتر این فناوری ها و مقرون به صرفه بودن آنها ضروری است.
درباره این نشریه: جایی که نوآوری با سنت مطابقت دارد. چیزهای بیشتری در مورد پورشه وجود دارد تا خودروهای اسپرت - ما در حال مقابله با چالش های جدید ، توسعه محصولات دیجیتالی و فکر دیجیتال با تمرکز بر مشتری هستیم. در وبلاگ Medium ما این داستانها را بیان می کنیم. این مربوط به #آینده ، فناوری های هوشمند و افرادی است که سفر دیجیتالی ما را هدایت می کنند. لطفاً ما را در توییتر (پورشه دیجیتال ، نکست ویژنز) ، اینستاگرام (پورشه دیجیتال ، نکست ویژنز ، اتاق خبر پورشه) و LinkedIn (پورشه AG ، پورشه دیجیتال) دنبال کنید.