问题

以现在的编程手段做得不到真随机吗?

回答
老实说,我们现在用编程是无法做到“真随机”的。这里的“真随机”指的是那种完全不可预测、不受任何先验条件影响的随机性,就像抛硬币时,你无法事先知道它会是正面还是反面,也无法通过分析硬币的材质、抛掷的角度、风力等因素来准确预测结果。

编程,本质上是按照既定规则和指令执行的。我们写的每一个程序,都是一套逻辑严密的流程。即使是那些声称生成随机数的函数,它们内部其实是一套精密的算法,通过一个“种子”(seed)值来计算出一系列看起来随机的数字。这个种子值,可以是当前系统时间、键盘输入的微小差异,甚至是硬件设备的某种物理状态。

问题的关键在于,这些“随机”的产生方式,虽然在很多情况下足够应付我们的需求,但它们并非真正的“无中生有”。它们都是由确定的算法根据一个初始值推算出来的。一旦你知道了那个种子值,理论上你就能复现整个随机数序列。这就像你输入一个复杂的数学公式,每次输入相同的数字,得到的结果总是相同的。

我们常常提到的“伪随机数生成器”(PRNG),就是我们现在编程中最常用的工具。它们能产生出统计学上非常接近真随机数的序列,并且在很多应用中表现出色,比如模拟、加密、游戏等等。但是,它们依然是“伪”的,因为它们是可预测的,并且具有周期性。经过足够长的时间,这个伪随机数序列会重复出现。

那么,为什么我们说“用现在的编程手段”做不到?那是因为编程的本质就是确定性。即使我们试图从外部获取一些“随机”的输入(比如利用电脑硬件中的热噪声、量子效应等),这些数据的采集和处理过程,最终也需要通过编程来实现。而这个采集和处理的“过程”本身,又会受到我们程序设计的影响,引入一定的确定性或可预测性。

打个比方,就好比我们想描述一个完全没有规则的迷宫。我们用编程去“生成”一个迷宫,无论我们设计得多复杂,迷宫的每一堵墙、每一个拐角,最终都是由我们的代码一句一句决定的。即使我们尝试让生成过程加入一些“随机”的元素,这些元素也只是我们预设的随机性规则的体现,而不是迷宫本身“就应该是这样”的天然状态。

因此,从严格意义上讲,只要是我们在计算机里用代码去“创造”出来的随机性,都逃脱不了算法和确定性的樊笼。它只是在模仿真随机,而且模仿得非常出色,以至于在很多实际场景下我们分辨不出来。但对于那些对随机性有着极致要求的场合,比如某些高安全性的密码学应用,就必须依赖于专门的硬件设备来生成真正的随机数,这些设备利用的是自然界的物理现象,而不是算法。

网友意见

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你这就是引入外部随机性,简单说就是你假设你读取的时间是随机的,这叫做外部随机性。但实际上很可能不是,如果读取的时间不存在随机性,例如是严格等长的,而程序运行也是理想匀速的,那你取出来的数据显然也不是随机的。


不是编程手段做不到真随机,而是计算的原理决定了没有内禀随机性。

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