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Die Einflussfaktoren können während einer Simulation exakt geregelt und auf das Wesentliche beschränkt werden. Dadurch können Vorgänge im Modell gemessen und analysiert werden, welche im echten System zu komplex für eine verlässliche Messung sind.

Häufig kommt es jedoch vor, dass eine Simulation mit zufällig eintretenden Ergebnissen arbeiten muss. Würde man alle Vorgänge exakt vorgeben, so würde das zu einer Verfälschung der Messwerte führen.

Zufallsgeneratoren tragen also auch zu wesentlichen technologischen Errungenschaften, Gesundheit und Forschung bei: Häufig werden auch Wahrscheinlichkeiten von Ergebnissen mit mehreren Faktoren berechnet.

Etwa, wie wahrscheinlich ist es, dass ein zufällig ausgewählter Schüler einer Klasse ein Mädchen ist und blonde Haare hat.

Es kann weder mit Sicherheit gesagt werden, wann ein Teilnehmer die Kreuzung benutzt, noch mit welcher Häufigkeit und in welche Richtung er sich bewegt.

Diese Faktoren können sehr gut mit Zufallsgeneratoren simuliert und angepasst werden. Selbstverständlich müssen die Randwerte so gewählt werden, dass sie einer realistischen Situation entsprechen.

Morgens wird die Verkehrssituation sicherlich in einem anderen Rahmen stattfinden als nachts. Werden die Werte gut gewählt, so kann die Verkehrssituation wissenschaftlich analysiert und daraufhin in der realen Welt optimiert werden.

Hier spielt insbesondere eine Rolle, welche unvorhergesehenen Ereignisse auf einer Fahrt, oder während eines Fluges eintreten können. Der Pilot muss auf plötzliche Witterungsveränderungen, Sturm, Vogelflug und auf mögliche technische Schäden, wie einen Triebwerkausfall korrekt reagieren können.

Die Flexibilität und Gelassenheit kann nirgends besser trainiert werden, als mit einem Flugsimulator. Auch bei Simulationen von Bus- und Bahnfahrten können Hindernisse auf den Gleisen oder technische Schäden durch Zufall generiert werden.

Somit werden mögliche Einbrecher abgehalten. Hierbei ist entscheidend, dass die Schaltung variiert und nicht jeden Tag exakt zur gleichen Uhrzeit einsetzt.

Andernfalls besteht schnell der Verdacht, dass das Haus tatsächlich leer steht. Besonders spannend ist daran, dass jedes einzelne Nuklear-Teilchen zu einem völlig zufälligen Zeitpunkt zerfällt.

Dennoch ergibt sich bei vielen Teilchen ein bestimmter Mittelwert, ein Wert bei dem die Hälfte der Teilchen zerfallen ist.

Das ist die sogenannte Halbwertszeit. Wie funktioniert ein Zufallsgenerator? Grundsätzlich unterscheidet man zwischen physischen und nicht-physischen Generatoren.

Physische Zufallsgeneratoren erzeugen zufällige Ergebnisse durch einen tatsächlichen physischen, elektronischen oder chemischen Prozess.

Beispielsweise kann eine Zufallszahl anhand des Rauschens eines Widerstands berechnet werden, oder anhand eines Geiger-Zählers, der den Zerfall eines radioaktiven Materials misst.

Klassische physische Zufallsgeneratoren sind Würfel, die Ziehung der Lottozahlen und Spielautomaten in Casinos, die mit Walzen oder Drehscheiben ausgestattet sind.

Physische Zufallsgeneratoren erzeugen echte Zufallszahlen, die weder vorhersehbar, noch reproduzierbar sind. Nicht-physische Zufallsgeneratoren sind beispielsweise Programme, deren Code so geschrieben wurde, dass sie zufällige Ergebnisse ausgeben.

Doch ist die Programmierung eines zufälligen Ergebnisses überhaupt möglich? Man nennt sie "deterministische Generatoren", weil die Generation einer Zufallszahl durch gewisse Regeln bestimmt, also determiniert wird.

Der Trick bei der Generierung liegt am Startwert: Das Programm benötigt einen möglichst unvorhersehbaren und einzigartigen Startwert, um eine Zufallszahl hoher Güte zu erzeugen.

Das kann beispielsweise die exakte Uhrzeit sein, in der der Zufallsgenerator ausgelöst wurde. Es handelt sich also um Werte, die sich innerhalb von Millisekunden verändern.

Würde man allerdings zweimal mit dem exakt gleichen Startwert arbeiten, so käme auch die gleiche Zufallszahl heraus. Um diese Doppelung zu vermeiden, gibt es rekursive Zufallsgeneratoren.

Nun wird eine Rekonstruktion oder gar eine Reproduktion der Zufallszahl praktisch unmöglich. Was bedeutet Zufall im Detail?

Die Definition, die oben bereits kurz angerissen wurde, wird hier nochmal im Detail ausgeführt. Auch wenn wir alle wissen, was gemeint ist, wenn wir von Zufall sprechen, ist es gar nicht so einfach, den Begriff präzise zu definieren.

Im weitesten Sinne spricht man von Zufall, wenn ein oder mehrere Ereignisse eintreten, ohne dass es dafür eine kausale Erklärung gibt.

Ein Zufall bedeutet, dass etwas passiert, ohne dass dies durch Regeln oder durch bewusste Handlungen von Personen ausgelöst wurde.

Der Begriff "Zufall" umfasst verschiedene Situationen: Es gibt keine Ursache für ein Ereignis. Diese Art von Zufällen wird auch indeterministischer Zufall oder objektiver Zufall genannt.

Es handelt sich um Zufälle, die in keiner Weise durch einen Algorithmus reproduziert werden können. Die Ereignisse sind einzigartig.

Beispiele für objektive Zufälle sind bestimmte Ereignisse aus der Quantenmechanik, sowie das Atmosphärenrauschen, Sensorrauschen, oder Spannungsschwankungen einer Z-Diode.

Diese Ereignisse treten ohne Ursache in verschiedenen Stärken auf. Sie sind messbar und dienen daher gut als Ausgangspunkt für die Berechnung einer Zufallszahl mit sehr hoher Güte.

Ein weiterer indeterministischer Zufall ist das Ziehen einer Lottozahl. Es gibt keine erkennbare Ursache für ein Ereignis.

Zufälle dieser Art können wir tagtäglich in unserem Umfeld wahrnehmen. Jedoch ist die Kette nicht lückenlos reproduzierbar, oder für uns nicht beobachtbar.

Ein Beispiel hierfür ist die Kombination an Erbinformationen zweier Eltern und wie sich diese auf das Kind auswirken. Es gibt Ursachen für ein Ergebnis, diese sind aber so komplex, dass sie nicht willentlich beeinflusst werden können Dazu gehört zum Beispiel der Wurf eines Würfels, oder die Bewegung einer Kugel im Roulette-Spiel.

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