乱数を作る

社内のLTイベント「えるLT Vol3」で発表した資料です

Transcript

1. 乱数を作る えるLT Vol.3 2018/09/05 (Wed) ＠インフォコム Satoshi SAKAO K1
2. 話すひと K2 インフォコム株式会社 オープンイノベーションセンター " アプリケーションエンジニア JS(ES6) / Node.js / GCP / IoT / iOS (Swift) シュタゲ / ASMR Satoshi SAKAO @ottijp
3. 免責 K3 • 実はよくわかってません • 数学不得意です • Newtonに感化された
 だけなんです
4. ランダムな点群はどっち？ K4 A B クラスター錯覚
5. ランダムな数（乱数）をどう作るか？ 　　 • プログラミングにおける rand() • 計算式（アルゴリズム）によって次の乱数を決める • 規則がいっさい存在しない • ノイズ，熱雑音などによって次の乱数を決める K5 疑似乱数 真の乱数
6. 疑似乱数 弱い乱数 • 計算は簡単（早い） • 収束，周期性がある
 （乱数として質が悪い） 強い乱数 • 計算は比較的遅い • 乱数としての質が良い K6 • 平方採中法 • 線形合同法 • clangのrand() • Javaのjava.util.Random • XOR Shift • JavaScriptのMath.random() • メルセンヌ・ツイスタ • さいきょう
7. 疑似乱数の比較 K7 線形合同法（弱い乱数） メルセンヌ・ツイスタ（強い乱数） ※ [0:255]の範囲で整数乱数を生成し，(x,y,z)点を1000点作成
8. ランダムな数（乱数）をどう作るか？ 　　 • プログラミングにおける rand() • 計算（アルゴリズム）によって次の乱数を決める • 規則がいっさい存在しない • ノイズ，熱雑音などによって次の乱数を決める K8 疑似乱数 真の乱数
9. 真の乱数 • サイコロ • /dev/random デバイスドライバなどから集めた環境ノイズを利用 • HW乱数生成装置 K9 統計数理研究所の乱数生成装置
10. 真の乱数 K10 /dev/random（真の乱数） ※ [0:255]の範囲で整数乱数を生成し，(x,y,z)点を1000点作成
11. K11 真の乱数生成装置を作る
12. 真の乱数生成装置を作る • Arduinoを利用 • analogRead()で開放端子から電圧を入力 • 一定間隔で計測した電圧デジタル値の1bitを合成 K12 開放
 （繋がない）
13. 真の乱数生成装置を作る K13 0x10000010 •2.34V 479 0x11011111 •2.28V 466 0x11010010 •2.21V 452 0x11000100 •2.09V 428 0x10101100 •1.95V 400 0x10010000 •1.82V 372 0x01110100 •1.68V 345 0x01011001 •1.56V 320 0x01000000 by Morn https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Morn
14. Arduino電圧乱数 K14 メルセンヌ・ツイスタ（強い疑似乱数） /dev/random（真の乱数） Arduino電圧乱数
15. Arduino電圧乱数 • 精度が悪い理由（予想） • 電圧の振幅が小さい • ランダム性の無いノイズの可能性 • 生成スピードが遅い（125B/s） • 電圧計測間隔が短いと似通った値になった • それっぽい値になるように1msに1bit計測 K15
16. 乱数の精度検定 • 検定内容 • 等確率性 • 無規則性 • 検定用のツールがある • dieharderなど • https://webhome.phy.duke.edu/~rgb/General/ dieharder.php • なんかうまく検定評価できず挫折 orz K16
17. まとめ • 乱数の種類 • 疑似乱数と真の乱数 • よりよい精度には強い乱数
 （メルセンヌ・ツイスタなど）を使おう • 真の乱数を手軽に使うには/dev/randomを使おう • 精度は悪いが自作もできる K17
18. $ exit K18
19. K19 Appendix
20. Arduinoのコード K20