篩子的點(diǎn)數(shù)，是隨機(jī)的嗎？

打開微信，往一個(gè)8人群里發(fā)一個(gè)9分錢的拼手氣紅包。那么不管你發(fā)多少次，最后一個(gè)搶紅包的人都必定能拿到兩分錢，不信你可以試一試。顯然，在分配紅包金額這件事上，你手上的這臺小型計(jì)算機(jī)并不是真的隨機(jī)。那計(jì)算機(jī)是如何制造隨機(jī)事件的？各種軟件中的隨機(jī)都是真的隨機(jī)嗎？

在計(jì)算機(jī)中生成隨機(jī)事件的關(guān)鍵是輸出一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后再利用算法就能模擬出各式各樣的隨機(jī)事件。你剛才看到的拼手氣紅包背后就有這樣一套算法。其中的隨機(jī)數(shù)決定了你最后搶到的金額大小。如何才能得到這樣的隨機(jī)數(shù)呢？

1946年，計(jì)算機(jī)支付馮諾依曼提出了這么一套方案，編寫一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，只要輸入任意一個(gè)數(shù)字作為種子，計(jì)算機(jī)就能通過運(yùn)算生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)字。然后再把這個(gè)數(shù)字作為輸入值帶入下一輪計(jì)算，重復(fù)這個(gè)過程，就能生成多個(gè)具有統(tǒng)計(jì)意義的隨機(jī)數(shù)。

直到今天，你的手機(jī)電腦仍然在沿用這套隨機(jī)數(shù)生成方案，只是把隨機(jī)數(shù)生成器升級成了運(yùn)算效果更好的線性反饋移位寄存器。隨機(jī)種子的花樣也更多了。從系統(tǒng)時(shí)間、鼠標(biāo)位置到網(wǎng)絡(luò)速度，硬盤讀寫速度，甚至是你聊天記錄的本地文件都可以被拿來當(dāng)做隨機(jī)數(shù)生成的初始條件，決定最后的隨機(jī)結(jié)果。這樣得到的數(shù)字，乍看起來非常隨機(jī)。但受到算法的限制，只要取樣范圍夠大，數(shù)字排列早晚會陷入循環(huán)。所以這種方式產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)只能叫做偽隨機(jī)數(shù)。

以常用的梅森旋轉(zhuǎn)算法為例，它生成隨機(jī)數(shù)的循環(huán)周期是2的19937次方。哪怕全世界的計(jì)算機(jī)一起工作，直到太陽系毀滅的那一天，你也等不到這個(gè)循環(huán)。但無論循環(huán)周期有多長，只要知道一開始的隨機(jī)種子，再用同一個(gè)隨機(jī)數(shù)生成器，就能預(yù)測隨機(jī)結(jié)果。

比如在1994年，飛利浦的一名員工就弄到了當(dāng)時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)巨頭Netscape的服務(wù)器隨機(jī)種子，在輸入當(dāng)前時(shí)間加特定字符之后，他就成功解密了對方所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的流量信息。

除了能完美預(yù)測偽隨機(jī)結(jié)果，你甚至還能主動改變隨機(jī)種子的數(shù)值，讓所謂的隨機(jī)事件變成百分之百發(fā)生的必然事件。

比如2014年，俄羅斯的一位數(shù)學(xué)家就拆解了一臺舊老虎機(jī)，獲取了老虎機(jī)采用的偽隨機(jī)算法，然后設(shè)計(jì)了一套程序，只要用手機(jī)拍下其他人的****博過程，就能反推計(jì)算出老虎機(jī)所用的隨機(jī)種子。有了這套方法，你只需要找出對應(yīng)時(shí)間點(diǎn)拉下拉桿就能歐神附體，百發(fā)百中。最終被丟出****場關(guān)進(jìn)局子。

說到底，雖然偽隨機(jī)數(shù)應(yīng)用廣泛，但它畢竟不是真正的隨機(jī)數(shù)，想要生成無法預(yù)測的真隨機(jī)數(shù)，還得從硬件層面想辦法。1999年，英特爾在其i810芯片組上集成了一枚真隨機(jī)數(shù)生成器。它通過放大電路產(chǎn)生的熱噪聲，把電路中分子的不規(guī)則熱運(yùn)動作為數(shù)據(jù)來源，這才讓計(jì)算機(jī)擁有了自主生成隨機(jī)數(shù)的能力。類似的一些專門提供真隨機(jī)數(shù)服務(wù)的公司，還會通過收集現(xiàn)實(shí)世界中的隨機(jī)事件，比如大氣噪音的振幅變化，或者是人工擲骰子轉(zhuǎn)動輪盤的結(jié)果。再把它們轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制或者十進(jìn)制的數(shù)字，以此獲得更高品質(zhì)的隨機(jī)數(shù)資源。通過這些方式獲得的隨機(jī)數(shù)幾乎不可能預(yù)測，所以被稱為真隨機(jī)數(shù)。他們主要被應(yīng)用于安全或者密碼學(xué)領(lǐng)域，用來保護(hù)最重要的數(shù)據(jù)信息。

不過如果硬要抬杠，那么這種真隨機(jī)數(shù)其實(shí)也不夠隨機(jī)。因?yàn)楹暧^現(xiàn)實(shí)世界里的一切隨機(jī)現(xiàn)象仍然遵循物理學(xué)的必然規(guī)律，只是我們這些凡人無法參透罷了。如果拉普拉斯妖真的存在，那么理論上它就能知曉所有原子的分布和動量，算出任何色子的點(diǎn)數(shù)，破解一切加密的信息。如果想要實(shí)現(xiàn)絕對的隨機(jī)，那就只能求助于量子力學(xué)了。

隨著技術(shù)發(fā)展，如今的研究人員已經(jīng)能夠通過記錄元素的衰變和放射情況，或者是探測真空中氬原子的噪音，或者統(tǒng)計(jì)出糾纏粒子出現(xiàn)的隨機(jī)位，設(shè)計(jì)出更新型的隨機(jī)數(shù)生成器。

在現(xiàn)有科學(xué)體系下，這種方式產(chǎn)生的數(shù)字沒有規(guī)律，在物理和哲學(xué)層面上都絕對不可預(yù)測，是真正意義上的隨機(jī)數(shù)。不過回歸現(xiàn)實(shí)，用量子力學(xué)生成隨機(jī)數(shù)，技術(shù)難度實(shí)在太高，用芯片自帶的真隨機(jī)數(shù)生成器，輸出效率又太低。

你手上這臺計(jì)算機(jī)現(xiàn)在用的，其實(shí)還是尾隨基數(shù)。而且有時(shí)候過于隨機(jī)，也不一定是件好事兒。如果沒有軟件算法為用戶把控恰到好處的隨機(jī)感，而是直接讓這些隨機(jī)數(shù)來決定結(jié)果。那么你很可能在聽音樂的時(shí)候，連續(xù)三次都聽到同一首曲子。搶紅包的時(shí)候，每一次都是手氣最差。玩游戲的時(shí)候連抽一百張卡都沒有SSR。說白了，你感受到的隨機(jī)根本就不是命運(yùn)的捉弄，而是算法提前安排好的罷了。