\input style S IZBYTKOM KOMPENSIRUET |TOT NEDOSTATOK. pROGRAMMU DLYA METODA mARSALXI NAPISATX GORAZDO TRUDNEE, NO ESLI PODPROGRAMMU, OSNOVANNUYU NA ALGORITME~M, SOSTAVITX V OBSHCHEM VIDE, ONA YAVITSYA CENNYM VKLADOM V LYUBUYU BIBLIOTEKU PODPROGRAMM. mNOGOCHISLENNYE PRIMENENIYA NORMALXNO RASPREDELENNYH SLUCHAJNYH VELICHIN TREBUYUT BOLXSHOGO KOLICHESTVA SLUCHAJNYH CHISEL, TAK CHTO VAZHNA SKOROSTX IH VYRABOTKI. dOPOLNITELXNUYU INFORMACIYU O METODE tEJCHROEVA, A TAKZHE OBZOR NEKOTORYH DRUGIH METODOV, HUDSHIH, KAK TEPERX VYYASNILOSX, CHEM OBSUZHDAEMYE ZDESX, MOZHNO POLUCHITX IZ STATXI m.~mALLERA ({\sl JACM,\/} {\bf 6} (1959), 376--383). {\sl (5)~rAZNOVIDNOSTI NORMALXNOGO RASPREDELENIYA.\/} mY RASSMOTRELI NORMALXNOE RASPREDELENIE S NULEVYM SREDNIM ZNACHENIEM I STANDARTNYM OTKLONENIEM, RAVNYM EDINICE. eSLI $X$~IMEET TAKOE RASPREDELENIE, TO U FUNKCII RASPREDELENIYA SLUCHAJNOJ VELICHINY $$ Y=\mu+\sigma X \eqno(24) $$ SREDNEE ZNACHENIE RAVNO~$\mu$, A STANDARTNOE OTKLONENIE~$\sigma$. bOLEE TOGO, ESLI~$X_1$ I~$X_2$---NEZAVISIMYE NORMALXNYE SLUCHAJNYE VELICHINY SO SREDNIM ZNACHENIEM NULX I EDINICHNYM STANDARTNYM OTKLONENIEM I ESLI $$ Y_1=\mu_1+\sigma_1 X_1, \qquad Y_2=\mu_2+\sigma_2(\rho X_1+\sqrt{1-\rho^2}X_2), \eqno(25) $$ TO~$Y_1$ I~$Y_2$---\emph{ZAVISIMYE} SLUCHAJNYE VELICHINY, RASPREDELENNYE SO SREDNIMI ZNACHENIYAMI~$\mu_1$, $\mu_2$, STANDARTNYMI OTKLONENIYAMI~$\sigma_1$, $\sigma_2$ I KO|FFICIENTOM KORRELYACII~$\rho$. (oBOBSHCHENIE NA SLUCHAJ~$n$ PEREMENNYH SM.~V~UPR.~13.) \section{D.~eKSPONENCIALXNOE RASPREDELENIE}. dRUGOJ VAZHNYJ VID SLUCHAJNYH VELICHIN---VELICHINY S \emph{|KSPONENCIALXNYM RASPREDELENIEM.} tAKIE SLUCHAJNYE VELICHINY BYVAYUT NUZHNY V ZADACHAH, GDE RASSMATRIVAETSYA "VREMYA POYAVLENIYA". nAPRIMER, ESLI RADIOAKTIVNOE VESHCHESTVO IZLUCHAET V SREDNEM KAZHDYE $\mu$~SEKUND ODNU ALXFA-CHASTICU, TO PROMEZHUTKI VREMENI MEZHDU DVUMYA POSLEDOVATELXNYMI VYLETAMI CHASTIC IMEYUT |KSPONENCIALXNOE RASPREDELENIE SO SREDNIM ZNACHENIEM~$\mu$. eTO RASPREDELENIE OPREDELYAETSYA FORMULOJ $$ F(x)=1-e^{-x/\mu}, \rem{$x\ge0$.} \eqno(26) $$ oTSYUDA SLEDUET, CHTO ESLI $X$~IMEET |KSPONENCIALXNOE RASPREDELENIE SO SREDNIM ZNACHENIEM~$1$, TO $\mu X$~PODCHINYAETSYA |KSPONENCIALXNOMU RASPREDELENIYU SO SREDNIM~$\mu$. pO|TOMU DOSTATOCHNO RASSMOTRETX SLUCHAJ~$\mu=1$. oBYCHNO ISPOLXZUYUTSYA TRI METODA. {\sl (1)~lOGARIFMICHESKIJ METOD.\/} yaSNO, CHTO~$y=F(x)=1-e^{-x}$ MOZHNO PREDSTAVITX V VIDE~$x=F^{-1}(y)=-\ln(1-y)$. pO|TOMU, VSLEDSTVIE %% 142 SOOTNOSHENIYA~(6), VELICHINA~$-\ln(1-U)$ IMEET |KSPONENCIALXNOE RASPREDELENIE. tAK KAK $1-U$~RASPREDELENA RAVNOMERNO, ESLI~$U$---RAVNOMERNO RASPREDELENNOE SLUCHAJNOE CHISLO, TO SLUCHAJNAYA VELICHINA $$ X=-\ln U \eqno(27) $$ RASPREDELENA |KSPONENCIALXNO SO SREDNIM ZNACHENIEM, RAVNYM EDINICE. (v PROGRAMMAH SLEDUET IZBEGATX SLUCHAYA~$U=0$.) {\sl (2)~mETOD SLUCHAJNOJ MINIMIZACII.\/} sLEDUYUSHCHIJ ALGORITM (dZH.~mARSALXYA) VYCHISLYAET ZNACHENIYA |KSPONENCIALXNO RASPREDELENNOJ SLUCHAJNOJ VELICHINY BEZ ISPOLXZOVANIYA PODPROGRAMMY LOGARIFMA. \alg E.(eKSPONENCIALXNOE RASPREDELENIE SO SREDNIM~$1$.) iSPOLXZUYUTSYA TABLICY KONSTANT~$P[j]$, $Q[j]$ DLYA~$j\ge 1$, OPREDELENNYE FORMULAMI $$ P[j]=1-{1\over e^j}, \quad Q[j]={1\over e-1}\left({1\over1!}+{1\over2!}+\cdots+{1\over j!}\right). \eqno(28) $$ dLINA TABLIC OGRANICHIVAETSYA ZNACHENIEM MAKSIMALXNOJ DROBI, KOTORUYU MOZHNO RAZMESTITX V MASHINNOM SLOVE. \st[nACHALO DROBNOJ CHASTI.] uSTANOVITX~$j\asg1$. vYRABOTATX SLUCHAJNYE CHISLA~$U_0$ I~$U_1$ I USTANOVITX~$X\asg -U_1$. \st[mINIMIZACIYA ZAKONCHENA?] eSLI~$U_0U_j$, USTANOVITX~$X\asg U_j$. vERNUTXSYA OBRATNO K SHAGU~\stp{2}. \st[nACHALO CELOJ CHASTI.] (mY UZHE VYCHISLILI DROBNUYU CHASTX OKONCHATELXNOGO REZULXTATA, $X$, I DOLZHNY DOBAVITX K NEMU SOOTVETSTVUYUSHCHEE CELOE CHISLO, CHTOBY ZAKONCHITX VYCHISLENIYA.) vYRABOTATX NOVOE SLUCHAJNOE CHISLO~$U$ I USTANOVITX~$j\asg 1$. \st[sDELANA LI POPRAVKA?] eSLI~$UU\ge (1-p)^n$, A |TO PROISHODIT S VEROYATNOSTXYU~$p(1-p)^{n-1}$, CHTO I TREBOVALOSX POKAZATX. chASTNYJ SLUCHAJ~$p=1/2$ ESHCHE LEGCHE MODELIROVATX NA DVOICHNOJ MASHINE, TAK KAK FORMULA~(34) PREVRASHCHAETSYA V~$N=\ceil{-\log_2 U}$, T.~E.~$N$ NA EDINICU BOLXSHE, CHEM CHISLO PERVYH NULEVYH RAZRYADOV V DVOICHNOM PREDSTAVLENII~$U$. {\sl (2)~bINOMIALXNOE RASPREDELENIE~$(t, p)$.\/} eSLI NEKOTOROE SOBYTIE PROISHODIT S VEROYATNOSTXYU~$p$, I MY PROVODIM $t$~NEZAVISIMYH ISPYTANIJ, POLNOE CHISLO~$N$ PROISHODYASHCHIH PRI |TOM SOBYTIJ RAVNO~$n$ S VEROYATNOSTXYU~$\perm{t}{n}p^n(1-p)^{t-n}$ (SM.~P.~1.2.10). dLYA |TOGO RASPREDELENIYA NET KAKOGO-LIBO PRYAMOGO METODA, ANALOGICHNOGO~(34). oDNAKO MY MOGLI BY ISPOLXZOVATX TO OBSTOYATELXSTVO, CHTO ESLI $N_1$~IMEET BINOMIALXNOE RASPREDELENIE~$(t_1, p)$ I ESLI, NEZAVISIMO, $N_2$~IMEET BINOMIALXNOE RASPREDELENIE~$(t_2, p)$, TO $N_1+N_2$~IMEET BINOMIALXNOE RASPREDELENIE~$(t_1+t_2, p)$. kOGDA $t$~VELIKO, %%146 BINOMIALXNOE RASPREDELENIE PRIBLIZHENNO OPISYVAETSYA NORMALXNYM RASPREDELENIEM SO SREDNIM~$tp$ I SREDNEKVADRATICHNYM OTKLONENIEM~$\sqrt{tp(1-p)}$. sM. TAKZHE PRIEM, RASSMOTRENNYJ V UPR.~25. {\sl (3)~rASPREDELENIE pUASSONA\/} SO SREDNIM ZNACHENIEM~$\mu$. eTO RASPREDELENIE TAK ZHE SVYAZANO S |KSPONENCIALXNYM RASPREDELENIEM, KAK BINOMIALXNOE S GEOMETRICHESKIM. oNO HARAKTERIZUET CHISLO REALIZACII V EDINICU VREMENI SOBYTIJ, KAZHDOE IZ KOTORYH MOZHET PROIZOJTI V LYUBOJ MOMENT. nAPRIMER, CHISLO IZLUCHAEMYH V SEKUNDU ALXFA-CHASTIC IMEET RASPREDELENIE pUASSONA. vEROYATNOSTX TOGO, CHTO~$N=n$, RAVNA $$ e^{-\mu}\mu^n/n!, \rem{$n\ge0$.} \eqno(35) $$ eSLI~$N_1$, $N_2$---NEZAVISIMYE PUASSONOVSKIE SLUCHAJNYE VELICHINY SO SREDNIMI~$\mu_1$, $\mu_2$, TO VEROYATNOSTX TOGO, CHTO~$N_1+N_2=n$, RAVNA $$ \sum_{0\le k \le n}{e^{-\mu_1}\mu_1^k\over k!} {e^{-\mu_2}\mu_2^{n-k}\over (n-k)!} ={e^{-(\mu_1+\mu_2)}(\mu_1+\mu_2)^n\over n!}. $$ tAKIM OBRAZOM, $N_1+N_2$~IMEET RASPREDELENIE pUASSONA SO SREDNIM ZNACHENIEM~$(\mu_1+\mu_2)$. pREDPOLOZHIM, CHTO MY HOTIM NAPISATX OBSHCHUYU PODPROGRAMMU, VYRABATYVAYUSHCHUYU ZNACHENIYA PUASSONOVSKIH SLUCHAJNYH VELICHIN SO SREDNIM~$\mu$, GDE $\mu$~ZADAETSYA PRI VHODE V PODPROGRAMMU. \alg Q.(rASPREDELENIE pUASSONA S PROIZVOLXNYM~$\mu$.) \st[vYCHISLITX |KSPONENTU.] pRISVOITX~$p\asg e^{-\mu}$ I~$N\asg0$, $q\asg1$. (hOTYA $e^{-\mu}$~OBYCHNO VYCHISLYAETSYA S POMOSHCHXYU ARIFMETIKI S PLAVAYUSHCHEJ TOCHKOJ S PRIVLECHENIEM STANDARTNOJ PODPROGRAMMY, VOZMOZHNO, RAZUMNEJ POLXZOVATXSYA ARIFMETIKOJ S FIKSIROVANNOJ TOCHKOJ, PRAVILXNO VYBRAV MASSHTAB I OKRUGLENIE DLYA POSLEDUYUSHCHIH OPERACIJ S~$p$ I~$q$.) \st[pOLUCHITX SLUCHAJNOE CHISLO.] vYRABOTATX SLUCHAJNOE CHISLO~$U$, RAVNOMERNO RASPREDELENNOE MEZHDU~$0$ I~$1$. \st[uMNOZHITX.] uSTANOVITX~$q\asg qU$. \st[pROVERITX, MENXSHE LI~$e^{-\mu}$.] eSLI~$q\ge p$, USTANOVITX~$N\asg N+1$ I VERNUTXSYA K SHAGU~\stp{2}. v PROTIVNOM SLUCHAE ALGORITM ZAKANCHIVAETSYA VYVODOM~$N$. \algend chTOBY DOKAZATX SPRAVEDLIVOSTX METODA, ZAMETIM, CHTO NEZAVISIMYE RAVNOMERNO RASPREDELENNYE SLUCHAJNYE VELICHINY UDOVLETVORYAYUT USLOVIYAM $$ U_1\ge p, \quad U_1U_2\ge p, \quad, \ldots, \quad U_1U_2\ldots U_n\ge p, \quad U_1U_2\ldots U_{n+1}

0$, VERNUTXSYA K SHAGU~\stp{2}, V PROTIVNOM SLUCHAE ALGORITM ZAKANCHIVAETSYA. \algend chTOBY ISPOLXZOVATX |TOT ALGORITM, MY DOLZHNY SOSTAVITX SPECIALXNYE PROGRAMMY DLYA CHASTNYH ZNACHENIJ~$\mu$, ZADANNYH V TABLICE~$M[1]$, $M[2]$,~\dots, $M[n]$. nAPRIMER, MY MOGLI BY PRINYATX~$n=10$, TOGDA $$ \vcenter{\halign{ \hfil$#$&${}#$\hfil\bskip&&\bskip$#$\hfil\bskip\cr j&=1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10\cr M[j]&=2^{-15} & 2^{-12} & 2^{-9} & 2^{-6} & 2^{-3} & 2^{-1} & 1 & 2 & 4 & \hfill 8 \cr }} \eqno(36) $$ %% 148 eTOT METOD NE|FFEKTIVEN DLYA BOLXSHIH ZNACHENIJ~$\mu$, SKAZHEM~$\mu\ge50$. pRI~$\mu0$, RAVNA~$1-e^{-\mu}$, T.~E.\ MENXSHE~$1\over 32\,000$. rASPREDELENIE pUASSONA DLYA MALYH ZNACHENIJ~$\mu$ MODELIROVATX CHREZVYCHAJNO LEGKO, TAK KAK DLYA VSEH PRAKTICHESKIH CELEJ $N$~BUDET DOVOLXNO MALO. tOLXKO DLYA RASPREDELENIJ S~$M[j]=4$ I~$8$ IZ PRIVEDENNOGO VYSHE SPISKA ZNACHENIJ POTREBUYUTSYA BOLXSHIE TABLICY PRI VYPOLNENII SHAGA~K3. dLYA BOLXSHIH ZNACHENIJ~$\mu$ aRENS PREDLOZHIL |FFEKTIVNYJ, NO DOVOLXNO SLOZHNYJ METOD PORYADKA~$\sqrt{\mu}$. eGO PROCEDURA DELIT PUASSONOVSKOE RASPREDELENIE NA DVE CHASTI, ODNA IZ KOTORYH NAPOMINAET RAVNOBEDRENNYJ TREUGOLXNIK. \excercises \ex[10] kAK VY PREDLOZHITE VYRABATYVATX SLUCHAJNYE CHISLA, RAVNOMERNO RASPREDELENNYE MEZHDU SLUCHAJNYMI CHISLAMI~$\alpha$ I~$\beta$ ($\alpha<\beta$)? \ex[M16] pREDPOLAGAYA, CHTO~$mU$---SLUCHAJNOE CELOE CHISLO MEZHDU~$0$ I~$m-1$, NAJDITE \emph{TOCHNUYU} VEROYATNOSTX TOGO, CHTO~$\floor{kU}=r$, ESLI~$0\le r < k$. sRAVNITE REZULXTAT S TREBUYUSHCHEJSYA VEROYATNOSTXYU~$1/k$. \rex[14] oBSUDITE, CHTO POLUCHITSYA, ESLI TRAKTOVATX~$U$ KAK CELOE CHISLO I VYRABATYVATX IZ NEGO SLUCHAJNOE CELOE MEZHDU~$0$ I~$k-1$, \emph{DELYA}~$U$ NA~$k$ VMESTO PREDLOZHENNOGO V TEKSTE UMNOZHENIYA. tAKIM OBRAZOM, (1) SLEDUET IZMENITX TAK: % PRIDETSYA STAVITX CR, TAK KAK TOKENY KONCA STROK UZHE ZASOSANY V ARGUMENTE % S KATEGORIEJ NEAKTIVNYJ SIMVOL $$ \vbox{ \mixcode ENTA & 0 \cr LDX & U \cr DIV & K \cr \endmixcode } $$ rEZULXTAT OKAZHETSYA V REGISTRE~$X$. hOROSHIJ LI |TO METOD? \ex[m20] dOKAZHITE OBA SOOTNOSHENIYA V~(7). \rex[21] pREDLOZHITE |FFEKTIVNYJ METOD VYCHISLENIYA SLUCHAJNOJ VELICHINY S RASPREDELENIEM~$px+qx^2+rx^3$, GDE~$p\ge0$, $q\ge0$, $r\ge0$ I~$p+q+r=1$. \rex[vm21] vELICHINA~$X$ VYCHISLYAETSYA SLEDUYUSHCHIM METODOM. {\medskip\narrower {\sl "shAG~1.\/}~vYRABOTATX DVA SLUCHAJNYH CHISLA~$U$, $V$. % {\sl shAG~2.\/}~eSLI~$U^2+V^2\ge1$, VERNUTXSYA K SHAGU~1, INACHE USTANOVITX~$X\asg U$." \medskip} \noindent kAKOVA FUNKCIYA RASPREDELENIYA~$X$? kAK CHASTO BUDET VYPOLNYATXSYA SHAG~1? (oPREDELITE SREDNEE I SREDNEKVADRATICHNOE OTKLONENIE.) \ex[M18] oB®YASNITE, POCHEMU V METODE mARSALXI DLYA NORMALXNYH SLUCHAJNYH VELICHIN ZHELANIE VYBRATX~$p_j$ KRATNYMI~$1/256$ PRIVODIT K FORMULE~$p_j=\floor{64 f(j/4)}/256$, $1\le j \le 12$. \ex[10] zACHEM OSOBO VYDELYATX UZKIE PRYAMOUGOLXNIKI~$f_{13}$,~\dots, $f_{24}$ V METODE mARSALXI NARAVNE S BOLXSHIMI~$f_1$,~\dots, $f_{12}$? (pOCHEMU |TO LUCHSHE, CHEM OB®EDINENIE KAZHDOJ PARY~$(f_1, f_{13})$, $(f_2, f_{14})$,~\dots{} V ODIN BOLXSHOJ PRYAMOUGOLXNIK?) \ex[vm10] pOCHEMU KRIVAYA~$f(x)$ NA RIS.~9 VYPUKLA VVERH PRI~$x<1$ I VNIZ DLYA~$x>1$? \ex[vm21] vYVEDITE FORMULY DLYA~$a_j$, $b_j$ V SOOTNOSHENII~(20). pOKAZHITE TAKZHE, CHTO~$E[j]=16/j$, ESLI~$1\le j \le 4$; $E[j]=1/(e^{j/16-1/32}-1)$, ESLI~$5\le j \le 12$. %% 149 \rex[vm27] dOKAZHITE, CHTO SHAGI~M8--M9 V ALGORITME~M VYRABATYVAYUT ZNACHENIE SLUCHAJNOJ VELICHINY, SOOTVETSTVUYUSHCHEJ HVOSTU NORMALXNOGO RASPREDELENIYA, T.~E.\ PRI~$x\ge3$ VEROYATNOSTX TOGO, CHTO~$X$ SOOTNOSHENIEM~$V_{n+1}=4V_n\times(1-V_n)$. tEPERX, ESLI VYCHISLENIYA DELAYUTSYA ABSOLYUTNO TOCHNO, REZULXTAT IMEET RASPREDELENIE~$\sin^2\pi U$, GDE~$U$---RAVNOMERNO RASPREDELENNOE SLUCHAJNOE CHISLO. dRUGIMI SLOVAMI, FUNKCIYA RASPREDELENIYA TAKOVA: $$ F(x)={1\over \sqrt{2\pi}}\int_0^x {dx \over \sqrt{x(1-x)}}. $$ v SAMOM DELE, ESLI MY NAPISHEM~$V_n=\sin^2 \pi U_n$, TO YASNO, CHTO~$U_{n+1}=(2U_n)\bmod 1$. i IZ TOGO, CHTO POCHTI VSE DEJSTVITELXNYE CHISLA IMEYUT SLUCHAJNOE DVOICHNOE PREDSTAVLENIE (SM.~\S~3.5), SLEDUET, CHTO POSLEDOVATELXNOSTX~$U_n$ RAVNOMERNO RASPREDELENNAYA. nO ESLI VYCHISLENIE~$V_n$ PROIZVODITSYA S KONECHNOJ TOCHNOSTXYU, |TI ARGUMENTY, OKAZYVAYUTSYA NEVERNYMI, TAK KAK SKORO MY NACHINAEM IMETX DELO S SHUMOM OT OSHIBOK OKRUGLENIYA (von Neumann, {\sl Collected Works,\/} Vol.~V, pp.~768--770). pROVEDITE TEORETICHESKOE I |KSPERIMENTALXNOE (PRI RAZNYH ZNACHENIYAH~$V_0$) ISSLEDOVANIE POSLEDOVATELXNOSTI~$\$, OPREDELENNOJ VYSHE, KOGDA VYCHISLENIYA PROVODYATSYA S KONECHNOJ TOCHNOSTXYU. pOHOZHE LI RASPREDELENIE NA OZHIDAEMOE? mOZHNO LI KAK-NIBUDX ISPOLXZOVATX |TI CHISLA? \ex[m25] pUSTX $X_1$, $X_2$~\dots, $X_5$---DVOICHNYE SLOVA, A KAZHDYJ IZ DVOICHNYH RAZRYADOV NEZAVISIMO PRINIMAET ZNACHENIE~$0$ ILI~$1$ S VEROYATNOSTXYU~$1/2$. kAKOVA VEROYATNOSTX TOGO, CHTO V DANNOJ POZICII REZULXTAT~$X_1\lor (X_2\land (X_3\lor (X_4 \land X_5)))$ SODERZHIT~$1$. sDELAJTE OBOBSHCHENIE. %% 151 \bye