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随机性

随机性（英语：Randomness）这个词是用来表达目的、动机、规则或一些非科学用法的可预测性的缺失。

一个随机的过程是一个不定因子不断产生的重复过程，但它可能遵循某个概率分布。

术语随机经常用于统计学中，表示一些定义清晰的、彻底的统计学属性，例如缺失偏差或者相关。随机与任意不同，因为“一个变量是随机的”表示这个变量遵循概率分布。而任意在另一方面又暗示了变量没有遵循可限定概率分布。

随机在自然科学和哲学上有着重要的地位。

科学与随机 编辑

在自然与工程学里一些现象会通过随机性模型来模拟，例如：

物理科学 编辑

在19世纪，科学家使用分子的不规则行动的概念去发展统计力学，以解释热力学和气体定律的现象。

根据一些量子力学的标准解释，微观现象是客观地随意。换句话说，在一个所有相关的参量受控的实验中，也会出现任意变化的情况，例如我们无法预计在受控环境中放置一粒不稳定的原子衰败的时间，只能计算在指定的时间内衰败的可能性，所以量子力学计算的是机会率而非单一实验的结果。Hidden variable theories尝试避开大自然包含不能降低的随机性，这样的理论假定在看上去任意的过程中，有些符合统计分布而暗藏的特性在幕后运作以得出结果。

生物学 编辑

生物体的特征在某种程度上是确定性地发生的（例如：在基因和环境的影响下），在某种程度上是随机发生的。例如，基因与曝光量仅仅支配着人体皮肤上出现的色斑密度；而单个色斑的精确位置看来是随机决定的。

通讯理论 编辑

在通讯理论中，一个信号的随机性称作杂讯，它对立于由源（信号）所引起的那一部分变化。

随机性测试方法 编辑

  1. 频数测试：测试二进制串行中，“0”和“1”数目是否近似相等。如果是，则串行是随机的。[1]
  2. 块内频数测试：目的是确定在待测串行中，所有非重叠的长度为M位的块内的“0”和“1”的数目是否表现为随机分布。如果是，则串行是随机的。
  3. 游程测试：目的是确定待测串行中，各种特定长度的“0”和“1”的游程数目是否如真随机串行期望的那样。如果是，则串行是随机的。
  4. 块内最长连续“1”测试：目的是确定待测串行中，最长连“1”串的长度是否与真随机串行中最长连“1”串的长度近似一致。如果是，则串行是随机的。
  5. 矩阵秩的测试：目的是检测待测串行中，固定长度子串行的线性相关性。如果线性相关性较小，则串行是随机的。
  6. 离散傅里叶变换测试：目的是通过检测待测串行的周期性质，并与真随机串行周期性质相比较，通过它们之间的偏离程度来确定待测串行随机性。如果偏离程度较小，串行是随机的。
  7. 非重叠模板匹配测试：目的是检测待测串行中，子串行是否与太多的非周期模板相匹配。太多就意味着待测串行是非随机的。
  8. 重叠模板匹配测试：目的是统计待测串行中，特定长度的连续“1”的数目，是否与真随机串行的情况偏离太大。太大是非随机的。
  9. 通用统计测试：目的是检测待测串行是否能在资讯不丢失的情况下被明显压缩。一个不可被明显压缩的串行是随机的。
  10. 压缩测试：目的是确定待测串行能被压缩的程度，如果能被显著压缩，说明不是随机串行。
  11. 线性复杂度测试：目的是确定待测串行是否足够复杂，如果是，则串行是随机的。
  12. 连续性测试：目的是确定待测串行所有可能的m位位元的组合子串出现的次数是否与真随机串行中的情况近似相同，如果是，则串行是随机的。
  13. 近似熵测试：目的是通过比较m位位元串与m-1位位元串在待测串行中出现的频度，再与正态分布的串行中的情况相对比，从而确定随机性。
  14. 部分和测试：目的确定待测串行中的部分和是否太大或太小。太大或太小都是非随机的。
  15. 随机游走测试：目的是确定在一个随机游程中，某个特定状态出现的次数是否远远超过真随机串行中的情况。如果是，则串行是非随机的。
  16. 随机游走变量测试：目的是检测待测串行中，某一特定状态在一个游机游程中出现次数与真随机串行的偏离程度。如果偏离程度较大，则串行是非随机的。

参考文献 编辑

引用 编辑

  1. ^ 师, 国栋; 康绯，顾海文. 随机性测试的研究与实现. 2009年10月 [2013-02-23]. （原始内容存档于2021-05-05）. 

书籍 编辑

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