ลำดับฟิโบนาชี่แบบสุ่ม
ในทางคณิตศาสตร์ลำดับฟิโบนาชชีแบบสุ่มเป็น ลำดับอนาล็อก เชิงสุ่มของลำดับฟิโบนาชชีที่กำหนดโดยความสัมพันธ์เวียนเกิดโดยที่เครื่องหมาย + หรือ − ถูกเลือกแบบสุ่มด้วยความน่าจะเป็นเท่ากันโดยอิสระสำหรับสิ่งที่แตกต่างกันตามทฤษฎีบทของHarry KestenและHillel Furstenbergลำดับเวียนเกิดแบบสุ่มประเภทนี้เติบโตในอัตราเลขชี้กำลัง ที่แน่นอน แต่การคำนวณอัตราดังกล่าวอย่างชัดเจนนั้นทำได้ยาก ในปี 1999 Divakar Viswanathได้แสดงให้เห็นว่าอัตราการเติบโตของลำดับฟิโบนาชชีแบบสุ่มเท่ากับ 1.1319882487943... (ลำดับA078416ในOEIS )ซึ่งเป็นค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์ที่ต่อมาได้รับการตั้งชื่อว่าค่าคงที่ของ Viswanath [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
คำอธิบาย
ลำดับฟิโบนาชี่แบบสุ่ม คือลำดับจำนวนเต็ม แบบสุ่ม ที่กำหนดโดยตัวเลขต่างๆสำหรับจำนวนธรรมชาติ, ที่ไหนและพจน์ถัดไปจะถูกเลือกแบบสุ่มตามความสัมพันธ์เวียนเกิดแบบสุ่ม ลำดับฟิโบนาชชีแบบสุ่มเริ่มต้นด้วย 1,1 และค่าของแต่ละพจน์ถัดไปจะถูกกำหนดโดยการ โยน เหรียญอย่างยุติธรรม : เมื่อกำหนดองค์ประกอบสองตัวที่อยู่ติดกันในลำดับแล้ว องค์ประกอบถัดไปจะเป็นผลรวมหรือผลต่างขององค์ประกอบทั้งสองด้วยความน่าจะเป็น 1/2 โดยไม่ขึ้นอยู่กับการเลือกที่ทำไว้ก่อนหน้านี้ หากในลำดับฟิโบนาชชีแบบสุ่มมีการเลือกเครื่องหมายบวกในแต่ละขั้นตอน ลำดับฟิโบนาชชีที่สอดคล้องกันคือลำดับ ฟิโบนาชชี ( Fn ถ้าเครื่องหมายสลับกันในรูปแบบ ลบ-บวก-บวก-ลบ-บวก-บวก-... ผลลัพธ์ที่ได้คือลำดับ
อย่างไรก็ตาม รูปแบบดังกล่าวมีโอกาสเกิดขึ้นน้อยมากในการทดลองแบบสุ่ม ในการทดลองทั่วไป ตัวแปรต่างๆ จะไม่เป็นไปตามรูปแบบที่คาดเดาได้:
เช่นเดียวกับกรณีที่กำหนดได้แน่นอน ลำดับฟิโบนาชี่แบบสุ่มสามารถอธิบายได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เมทริกซ์ :
โดยที่เครื่องหมายถูกเลือกอย่างอิสระสำหรับค่าn ที่แตกต่างกัน ด้วยความน่าจะเป็นที่เท่ากันสำหรับเครื่องหมาย + หรือ − ดังนั้น โดยที่ ( M ) คือลำดับของเมทริกซ์สุ่มอิสระที่มีการแจกแจงเหมือนกันซึ่งรับค่าAหรือBด้วยความน่าจะเป็น 1/2:
อัตราการเติบโต
โยฮันเนส เคปเลอร์ค้นพบว่า เมื่อnเพิ่มขึ้น อัตราส่วนของพจน์ที่ต่อเนื่องกันของลำดับฟิโบนาชชี ( Fn) จะใกล้ค่าอัตราส่วนทองคำซึ่งมีค่าประมาณ 1.61803 ในปี ค.ศ. 1765 เลออนฮาร์ด ออยเลอร์ได้ตีพิมพ์สูตรที่ชัดเจน ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อสูตรบิเนต์
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า ตัวเลขฟิโบนาชชีเติบโตในอัตราเลขชี้กำลังที่เท่ากับอัตราส่วนทองคำφ
ในปี 1960 ฮิลเลล เฟอร์สเตนเบิร์กและแฮร์รี เคสเทนแสดงให้เห็นว่าสำหรับเมท ริกซ์ ผลคูณแบบสุ่ม ทั่วไป ค่าบรรทัดฐานจะเพิ่มขึ้นตามλ nโดยที่nคือจำนวนตัวประกอบ ผลลัพธ์ของพวกเขาสามารถนำไปใช้กับกระบวนการสร้างลำดับแบบสุ่มในวงกว้าง ซึ่งรวมถึงลำดับฟิโบนาชชีแบบสุ่มด้วย ผลที่ตามมาคือรากที่nของ | f | จะลู่เข้าสู่ค่าคงที่เกือบแน่นอนหรือด้วยความน่าจะเป็นหนึ่ง:
Divakar Viswanath ค้นพบสูตรที่ชัดเจนสำหรับค่าคงที่นี้ในปี 1999 โดยใช้สูตรของ Furstenberg สำหรับเลขชี้กำลัง Lyapunovของผลคูณเมทริกซ์สุ่มและการอินทิเกรตเหนือมาตรวัดแฟรกทัล บางอย่าง บนต้นไม้ Stern–Brocotยิ่งไปกว่านั้น Viswanath ยังคำนวณค่าตัวเลขข้างต้นโดยใช้ เลขคณิต จุดลอยตัว ที่ได้รับการตรวจสอบโดย การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดจากการปัดเศษ
การสรุปทั่วไป
มาร์ค เอ็มบรีและนิค เทรเฟเธนได้แสดงให้เห็นในปี 1999 ว่าลำดับดังกล่าว
ลดลงเกือบแน่นอนหากβน้อยกว่าค่าวิกฤตβ * ≈ 0.70258ซึ่งเรียกว่าค่าคงที่ Embree–Trefethen และเพิ่มขึ้นเกือบแน่นอนในกรณีอื่น ๆ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนเชิงเส้นกำกับσ ( β ) ระหว่างเทอมที่ต่อเนื่องกันลู่เข้าเกือบแน่นอนสำหรับทุกค่าของβกราฟของσ ( β ) ดูเหมือนจะมี โครงสร้าง แบบแฟรกทัลโดยมีค่าต่ำสุดทั่วโลกใกล้β ≈ 0.36747ซึ่งเท่ากับσ ( β ) ≈ 0.89517โดย ประมาณ [ 4 ]
ลิงก์ภายนอก
- ไวส์สไตน์, เอริก ดับเบิลยู. "ลำดับฟีโบนักชีแบบสุ่ม" . แมทเวิลด์ .
- ลำดับOEIS A078416 (การขยายทศนิยมของค่าคงที่ของวิศวนาถ)
- ตัวเลขฟิโบนาชี่แบบสุ่มวิดีโอ ของNumberphile เกี่ยวกับลำดับฟิโบนาชี่แบบสุ่ม