Puncte:2

Existența algoritmului care prezice următorul bit din secvența de ieșire

drapel lu

Lăsa $X = [0, 1]\cap \mathbb{Q}$, si lasa $f:X \rightarrow X$ să fie o hartă haotică (adică harta logistică cu parametru rațional). Întrebarea mea este următoarea și este de natură pur teoretică. Alegeți o valoare $x_0$ din $X$ (Rețineți că $X$ este infinit aici, deci alegeți o valoare folosind axioma de alegere), apoi luați în considerare secvențele de biți generate prin iterare $f$ peste $x_0$, revenind a $0$ dacă $f^n(x_0)\leq 1/2$ și întoarcerea a $1$ dacă $f^n(x_0)>1/2$.

Există un algoritm care, atunci când i se dă parametrul hărții $f$ și o secvență de biți $s \în \{0, 1\}^n$ obtinut prin iterare $f$ peste $x_0$ și returnarea de biți în modul specificat pentru un total de $n$ ori, care poate prezice următorul bit obținut din $f^{n+1}(x_0)$ cu probabilitate deloc neglijabilă, pentru orice $n$, chiar și când $n >|x_0|$ Unde $|x_0|$ este lungimea șirului de biți care reprezintă $x_0$?

Motivul pentru care întreb acest lucru este pentru că pare să fie diferit de întrebarea dacă există un PRG (dar aș putea greși). Motivul este că mi-am asumat condiția inițială „secretă”. $x_0$ nu a fost ales aleatoriu dintr-un set finit, ci mai degrabă a fost ales dintr-un set infinit $X$ (chiar dacă $X$ este numărabil și, prin urmare, fiecare element poate fi reprezentat printr-un șir de biți finiți). Prin urmare, mă întreb dacă această presupunere despre modul în care a fost trasată condiția inițială schimbă lucrurile.

Generic avatar
drapel lu
@fgrieu este corect, am vrut să repet $f$, mulțumesc că ai subliniat asta! Am schimbat întrebarea în consecință.
Puncte:2
drapel ng

Prima parte a acestui răspuns este pentru un versiunea anterioară a întrebării, cu $x_0$ un rațional reprezentat printr-un șir de biți arbitrar de mare.

Există funcții $f$ astfel încât niciun algoritm nu poate prezice următorul bit al secvenței de ieșire.

Un exemplu simplu este $f(x)=\begin{cases}2x&\text{dacă }x<1/2\2x-1&\text{otherwise}\end{cases}$.
Cu această funcție, secvența binară produsă este reprezentarea binară a ¹ $x_0$ (începând cu primul bit după virgulă zecimală), care nu poate fi prezis. Este asta $f$ "o hartă haotică"? Nu pot spune.

Putem face $f$ continuu, de ex. $f(x)=\begin{cases}2x&\text{dacă }x<1/2\2-2x&\text{otherwise}\end{cases}$.
Relația dintre o reprezentare binară a $x_0$ iar secvența rămâne astfel încât schimbarea $i^\text{th}$ un pic din acea reprezentare binară a $x_0$ schimbă $i^\text{th}$ fragment din secvență. Cred că am văzut această funcție, sau un văr apropiat, numit „o hartă haotică".

Putem face $f$ nedefinit derivat cu $f(x)=\frac{43}{11}\,x\,(1-x)$ (un caz de "harta logistică cu parametru rațional", și "o hartă haotică" după majoritatea conturilor). Fără dovadă: pentru orice șir de biți în $\{0,1\}^{n+1}$ există o $x_0$ astfel încât primul $n+1$ biți de ieșire sunt acel șir de biți, astfel că următorul bit nu este previzibil cu siguranță.


Acum pentru întrebare revizuită cu

pentru orice $n$, chiar și când $n >|x_0|$ Unde $|x_0|$ este lungimea șirului de biți care reprezintă $x_0$.

Fără dovadă: cu $f(x)=\frac{43}{11}\,x\,(1-x)$ si majoritatea $x_0$, generatorul de întrebare necesită lucru exponențial în numărul de biți produși (argument: $f^n(x)$ este un polinom de grad $2^n$, astfel încât se pare că evaluarea lui la o acuratețe de date necesită cunoaștere $x$ cu un număr exponenţial de biţi). Astfel, generatorul de întrebare nu îndeplinește criteriile standard de a fi un algoritm de timp polinom și, prin urmare, nu îndeplinește definiția standard a unui PRG, indiferent de predictibilitate. Cel puțin, costul și necesarul de memorie cresc atât de repede încât nu este util în practică.

Pe de altă parte, pentru majoritatea fixă $x_0$ (poate, toți cei care nu fac secvența de biți generată în cele din urmă periodic), este posibil să se facă un predictor parțial. În special, secvența de ieșire este considerabil îndreptată spre $1$. Astfel, un deosebitor este mult mai ușor decât calcularea secvenței. Cred că remediile simple, cum ar fi schimbarea pragului $1/2$ la media așteptată, încă va permite un deosebitor polinomial-timp pur și simplu prin calculul frecvenței secvențelor unui număr de biți.


¹ Pentru numere cu două reprezentări binare, adică de forma $a/2^k$, luați mai întâi lexicografic: de ex. $3/4$ este $.1011111111111111111â¦$

drapel ph
La asta mă gândeam. Cred că puteți face partea „de neghicit” mai riguroasă, argumentând despre măsura valorilor de $X_0$ care produc fiecare rezultat egal.
drapel ph
Și chiar dacă acest răspuns este mult mai mult despre cazul general decât despre orice funcție iterativă particulară, dacă un PRNG nu este mai bun decât doar returnarea cifrelor semințelor, nu este un semn bun.
Generic avatar
drapel lu
Vă mulțumesc pentru răspunsul dvs., deși ceea ce am avut în vedere a fost o funcție în care ieșirea sa binară nu este previzibilă având în vedere ORICE lungime a ieșirii, chiar și atunci când ieșirea este mai lungă decât reprezentarea binară a condiției inițiale $x_0$. Am modificat întrebarea pentru a reflecta acest lucru.
drapel ph
Da, dar concluzia ta este „nu previzibilă cu certitudine” și spun că poți adapta acest lucru pentru a ajunge la cel mai puternic „nu previzibil cu prob > 1/2”
Generic avatar
drapel lu
Mulțumesc pentru răspuns, am marcat întrebarea ca fiind rezolvată, deși voi remarca că alegerea parametrului 43/11 este impară, deoarece este mai mare de patru și, prin urmare, funcția nu mai satisface cerința ca să mapeze X la sine, în de fapt nu mai este haotic cu un astfel de parametru. De asemenea, dacă generatorul nu a necesitat lucru exponențial, atunci ar fi satisfăcută definiția unui PRNG, chiar dacă condiția inițială a fost luată dintr-o mulțime infinită?
fgrieu avatar
drapel ng
@GEG: 43$/11$ este doar _sub__ 4$. Este ales să fie în regiunea haotică. Definiția unui PRG necesită să se extindă și aceasta permite o sămânță de dimensiune care crește cu $n$ (de exemplu, reprezentabilă ca $s=x_0\,2^{n/2}$ peste $n/2$ biți. Încă obținem aproximativ de două ori mai mulți biți decât înăuntru. Principala problemă este că, cu harta logistică, nu văd un algoritm de timp polinomial pentru a evalua $n$ biți, iar biții se pot distinge de aleatori, inclusiv părtinitori.

Postează un răspuns

Majoritatea oamenilor nu înțeleg că a pune multe întrebări deblochează învățarea și îmbunătățește legătura interpersonală. În studiile lui Alison, de exemplu, deși oamenii își puteau aminti cu exactitate câte întrebări au fost puse în conversațiile lor, ei nu au intuit legătura dintre întrebări și apreciere. În patru studii, în care participanții au fost implicați în conversații ei înșiși sau au citit transcrieri ale conversațiilor altora, oamenii au avut tendința să nu realizeze că întrebarea ar influența – sau ar fi influențat – nivelul de prietenie dintre conversatori.