JP2012141774A - Pseudo random number generation device, pseudo random number generation method and its program - Google Patents

Pseudo random number generation device, pseudo random number generation method and its program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pseudo random number generation device, a pseudo random number generation method and its program for generating pseudo random numbers whose strength can be set from discrete array data.SOLUTION: The pseudo random number generation device includes: a base array data sequence conversion part 102 for defining a part of discrete array data as array data for library and the other part as data for random number determination, and for assigning a sequence with predetermined bits to each element to convert the data into a numerical sequence, and for generating an array data sequence for library and a data sequence for random number determination; a non-linear time series analysis part 103 for generating prediction data on the basis of deterministic non-linear prediction by using the array data sequence for library; and a random number generation part 105 for comparing the prediction data with the data sequence for random number determination, and for, when a non-random state continues by the predetermined number of times, evaluating that randomness has been lost with respect to the whole discrete array data, and for, otherwise, successively sending the data sequence for random number determination to the outside as the candidate of the pseudo random number sequence.

Description

本発明は、離散的配列データから強度設定可能な擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置、擬似乱数生成方法及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a pseudo-random number generation device, a pseudo-random number generation method, and a program thereof that generate pseudo-random numbers whose strengths can be set from discrete array data.

従来から、擬似乱数は様々な用途に用いられ、代表的には、暗号や認証などの利用が知られている。従来の擬似乱数生成技術は、例えば線形フィードバック則や、非線形フィードバック則を用いた決定論的予測方式とするものが多い。   Conventionally, pseudo-random numbers are used for various purposes, and the use of encryption and authentication is typically known. Many conventional pseudorandom number generation techniques employ a deterministic prediction method using, for example, a linear feedback law or a nonlinear feedback law.

通常、必要とされる擬似乱数列のビット数が増加するにつれて、擬似乱数生成の構成要素の必要数も増大するという問題があり、結果として、生成される擬似乱数列が制限され、乱数性能(乱数強度)も制限されてしまうことが知られている。この問題を解決する技法として、S段からなる複数の擬似乱数生成回路が、それぞれNビット(Nは2以上の整数)の擬似乱数データを生成し、このS段の擬似乱数生成回路のそれぞれから擬似乱数データ(X1〜X4)を受け取り、受け取ったS個の擬似乱数データのうち任意の擬似乱数データの組み合わせを擬似乱数列として出力する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In general, as the number of bits of the required pseudorandom number sequence increases, the necessary number of components for generating the pseudorandom number also increases. As a result, the generated pseudorandom number sequence is limited, and the random number performance ( It is known that the random strength is also limited. As a technique for solving this problem, a plurality of pseudo random number generation circuits composed of S stages each generate pseudo random number data of N bits (N is an integer of 2 or more), and from each of the S stage pseudo random number generation circuits. A technique is known that receives pseudo-random data (X1 to X4) and outputs a combination of arbitrary pseudo-random data among the received S pseudo-random data as a pseudo-random number sequence (see, for example, Patent Document 1).

また、生成された擬似乱数列について、決定論的非線形予測に基づいて予測データを生成し、当該擬似乱数系列のランダム性を評価する技法が知られている(例えば、特許文献2参照)。   A technique is also known in which prediction data is generated based on deterministic nonlinear prediction for the generated pseudorandom number sequence, and the randomness of the pseudorandom number sequence is evaluated (see, for example, Patent Document 2).

特開2010−2959号公報JP 2010-2959 A 特許第3658623号明細書Japanese Patent No. 3658623

現在、コンピュータ・プログラム等で用いられている乱数は疑似乱数と呼ばれるもので、ある程度の周期や分布の偏りを持つことが知られている。また、前述したように、擬似乱数の生成にあたって、必要とされる擬似乱数列のビット数が増加するにつれて、擬似乱数生成の構成要素の必要数も増大するという問題があり、結果として、生成される擬似乱数列が制限され、乱数性能(乱数強度)も制限されてしまう問題がある。さらに、擬似乱数の乱数列の評価方法は多く存在しており、いずれが最も優れているかを決定するのは困難であり、どの方法にも一長一短がある状況ではあるが、生成される擬似乱数列が制限されることなく、乱数性能(乱数強度)も制限されることなく、乱数系列を評価しながら擬似乱数を生成する技法が望まれている。   Currently, random numbers used in computer programs and the like are called pseudo-random numbers, and are known to have a certain degree of period and distribution bias. In addition, as described above, there is a problem that the required number of pseudo random number generation components increases as the number of bits of the pseudo random number sequence required for generating the pseudo random number increases. There is a problem that the pseudo-random number sequence is limited, and the random number performance (random number strength) is also limited. Furthermore, there are many methods for evaluating the random number sequence of pseudo-random numbers, and it is difficult to determine which is the best, and there are advantages and disadvantages to each method, but the generated pseudo-random number sequence There is a demand for a technique for generating a pseudo-random number while evaluating a random number sequence without limiting the random number performance (random number strength).

そこで、本発明は、上述の問題を鑑みて為されたものであり、離散的配列データから強度設定可能な擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置、擬似乱数生成方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a pseudo-random number generation device, a pseudo-random number generation method, and a program thereof that generate pseudo-random numbers whose strengths can be set from discrete array data. Objective.

本発明では、予め用意された離散的配列データを用いて、生成される擬似乱数列が制限されることなく、乱数性能(乱数強度)も制限されることなく、乱数系列を評価しながら擬似乱数を生成する。特に、この離散的配列データとして、核酸塩基であるDNA(cDNA、 cpDNA、gDNA、msDNA、mtDNAを含み、以下DNAという。)又はRNA(mRNA (pre-mRNA/hnRNA)、 tRNA、rRNA、aRNA、gRNA、miRNA、ncRNA、piRNA、shRNA、siRNA、stRNA、snRNA、snoRNA、 stRNA、ta-siRNA、tmRNAを含み、以下RNAという。)の塩基配列データ(以下、「塩基配列データ」という。)が優れた擬似乱数列を生成することができる。例えば、インターネット上の塩基配列データバンク(例:DDBJ: DNA Data Bank of Japan)のデータベースに蓄積されている塩基配列のような自然に存在する配列を利用することで、周期性や分布の偏りといった問題を解決しつつ、これら塩基配列から任意の強さの数値配列を抽出することにより、擬似乱数列を生成する。 In the present invention, pseudo-random numbers are evaluated while evaluating a random number sequence by using discrete array data prepared in advance, without restricting the generated pseudo-random number sequence and without limiting the random number performance (random number strength). Is generated. In particular, this discrete sequence data includes nucleobase DNA (including cDNA, cpDNA, gDNA, msDNA, mtDNA, hereinafter referred to as DNA) or RNA (mRNA (pre-mRNA / hnRNA), tRNA, rRNA, aRNA, Excellent base sequence data (hereinafter referred to as “base sequence data”) of gRNA, miRNA, ncRNA, piRNA, shRNA, siRNA, stRNA, snRNA, snoRNA, stRNA, ta-siRNA, tmRNA, and hereinafter referred to as RNA). A pseudo-random number sequence can be generated. For example, by using naturally occurring sequences such as base sequences stored in the database of base sequence data banks on the Internet (eg DDBJ: DNA Data Bank of Japan), periodicity and distribution bias While solving the problem, a pseudo-random number sequence is generated by extracting a numerical sequence of arbitrary strength from these base sequences.

即ち、本発明の擬似乱数生成装置は、離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置であって、複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するデータ数列変換部と、前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成する非線形時系列解析部と、前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定する乱数予測可能性判定部と、前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出する乱数生成部と、を備えることを特徴とする。   That is, the pseudo-random number generation device of the present invention is a pseudo-random number generation device that generates pseudo-random numbers from discrete array data, wherein a part of the multiple-element discrete array data is used as library array data, and the discrete Assigning a sequence of predetermined bits to each element in the library array data and the random number determination data, using another part of the target array data different from the library array data as the random number determination data By using the data sequence conversion unit that converts the sequence data sequence for the library and the random number determination data sequence, and the library sequence data sequence, the prediction data predicted based on the deterministic nonlinear prediction The non-linear time series analysis unit to be generated is compared with the prediction data and the random number determination data sequence, and the non-random state Is evaluated as randomness is lost with respect to the entire discrete array data, and otherwise, the random number determination data number sequence is set as a pseudo random number sequence candidate. And a random number generation unit that sequentially sends the pseudo-random number sequence candidates to the outside as pseudo-random numbers.

また、本発明の擬似乱数生成装置において、前記離散的配列データは、塩基配列データからなることを特徴とする。   In the pseudorandom number generator of the present invention, the discrete sequence data is composed of base sequence data.

また、本発明の擬似乱数生成装置において、ネットワークを通じてインターネット上に配備されるゲノム・データベースから、前記離散的配列データである塩基配列データをダウンロードする塩基配列データダウンロード要求部を更に備えることを特徴とする。   The pseudorandom number generator according to the present invention further includes a base sequence data download request unit that downloads base sequence data that is the discrete sequence data from a genome database deployed on the Internet through a network. To do.

また、本発明の擬似乱数生成装置において、前記乱数予測可能性判定部は、前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較から、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価した場合、前記ゲノム・データベースから別の塩基配列データをダウンロードするよう前記塩基配列データダウンロード要求部に指示を与える手段を有し、前記塩基配列データダウンロード要求部は、前記乱数予測可能性判定部からの指示に応じて、前記ゲノム・データベースから別の塩基配列データをダウンロードする手段を有することを特徴とする。   Further, in the pseudo random number generation device of the present invention, the random number predictability determination unit determines that the randomness is lost with respect to the entire discrete array data from the comparison of the prediction data and the random number determination data sequence. If evaluated, the base sequence data download request unit has an instruction to download another base sequence data from the genome database, and the base sequence data download request unit includes the random number predictability determination unit. In accordance with an instruction from the genome database, means for downloading another base sequence data from the genome database.

さらに、本発明の擬似乱数生成方法は、離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成方法であって、複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するステップと、前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成するステップと、前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定するステップと、前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出するステップと、を含むことを特徴とする。   Furthermore, the pseudo-random number generation method of the present invention is a pseudo-random number generation method for generating pseudo-random numbers from discrete array data, wherein a part of the multiple-element discrete array data is used as library array data, and the discrete Assigning a sequence of predetermined bits to each element in the library array data and the random number determination data, using another part of the target array data different from the library array data as the random number determination data The step of generating a sequence data sequence for library and a sequence number for determining random number data, and the step of generating prediction data predicted based on deterministic nonlinear prediction using the sequence data sequence for library data And comparing the prediction data with the random number determination data sequence, and the non-random state continues for a predetermined number of times. And evaluating the randomness of the entire discrete array data as lost, otherwise, setting the random number determination data sequence as a pseudo random sequence candidate, and the pseudo random sequence candidate Are sequentially transmitted to the outside as pseudorandom numbers.

また、本発明のプログラムは、離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置として構成するコンピュータに、複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するステップと、前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成するステップと、前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定するステップと、前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出するステップと、を実行させるためのプログラムである。   Further, the program of the present invention provides a computer configured as a pseudo-random number generator that generates pseudo-random numbers from discrete array data, wherein a part of the discrete array data of a plurality of elements is used as library array data, and the discrete By assigning a sequence of predetermined bits to each element in the library array data and the random number determination data, using another part of the array data different from the library array data as random number determination data Converting to a numerical sequence, generating a sequence data sequence for library and a data sequence for random number determination, and generating predicted data predicted based on deterministic nonlinear prediction using the sequence data sequence for library And comparing the prediction data and the random number determination data sequence, the non-random state is When the fixed number of consecutive times, it is evaluated that the randomness is lost with respect to the entire discrete array data, otherwise, the step of setting the random number determination data sequence as a pseudo random number sequence candidate, and the pseudo random number And a step of sequentially sending sequence candidates to the outside as pseudo-random numbers.

本発明によれば、これら塩基配列から任意の強さの数値配列を抽出することにより、擬似乱数列を生成するため、生成される擬似乱数列が制限されることなく、乱数性能(乱数強度)も制限されることなく、周期性や分布の偏りといった問題を解決しつつ、擬似乱数列を生成することができるようになる。   According to the present invention, a pseudo-random number sequence is generated by extracting a numerical sequence of arbitrary strength from these base sequences, so that the generated pseudo-random number sequence is not limited, and random number performance (random strength) Without being restricted, it becomes possible to generate a pseudo-random number sequence while solving problems such as periodicity and uneven distribution.

本発明による一実施例の擬似乱数生成装置を用いて擬似乱数を生成するシステム例を示す図である。It is a figure which shows the example of a system which produces | generates a pseudorandom number using the pseudorandom number generator of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置のブロック図である。1 is a block diagram of a pseudo random number generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置の動作フロー図である。It is an operation | movement flowchart of the pseudorandom number generator of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で用いる塩基配列データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the base sequence data used with the pseudorandom number generator of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で生成した擬似乱数列の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pseudorandom number sequence produced | generated with the pseudorandom number generation apparatus of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で生成した擬似乱数列の自己相関関数を示す図である。It is a figure which shows the autocorrelation function of the pseudorandom number sequence produced | generated with the pseudorandom number generation apparatus of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で生成した擬似乱数列のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the pseudorandom number sequence produced | generated with the pseudorandom number generation apparatus of one Example by this invention. 本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で生成した擬似乱数列のヒストグラムの分析例を示す図である。It is a figure which shows the analysis example of the histogram of the pseudorandom number sequence produced | generated with the pseudorandom number generation apparatus of one Example by this invention.

以下、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置及びその方法を説明する。   Hereinafter, a pseudo random number generation apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described.

〔システム構成〕
図1は、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置を用いて擬似乱数を生成するシステム例を示す図である。本実施例の擬似乱数生成装置10は、パーソナルコンピュータを用いて実現することができる(詳細は後述する)。擬似乱数生成装置10は、インターネット上に配備されるゲノム・データベース20から、既に蓄積されている塩基配列データのような自然に存在する離散的な配列データDをダウンロードしておき、この配列データDを数列に変換して、例えば特許文献2に開示されるような、非線形時系列解析プログラム(決定論的非線形予測手法)を用いて常時又は定期的にランダム性の検定を行うことによって、ランダム性を有する部分を判定又は抽出する。このランダム性の判定に関して、ダウンロードして得られた実際の配列データDのうちの一部の配列データをライブラリデータ(以下、「ライブラリ用配列データ」と称する)とし、このライブラリ用配列データの数列を用いて決定論的非線形予測手法により予測データを生成し、実際の配列データDのうちの他の部分で乱数判定用に順次取り出した配列データ(以下、「乱数判定用データ」と称する)の数列を比較する。
〔System configuration〕
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system that generates pseudo-random numbers using the pseudo-random number generator according to an embodiment of the present invention. The pseudorandom number generator 10 of the present embodiment can be realized using a personal computer (details will be described later). The pseudo-random number generation device 10 downloads naturally existing discrete sequence data D such as already accumulated base sequence data from the genome database 20 deployed on the Internet, and this sequence data D Is converted into a numerical sequence, and the randomness is tested regularly or periodically using a nonlinear time series analysis program (deterministic nonlinear prediction method) as disclosed in Patent Document 2, for example. The part having Regarding the determination of randomness, a part of the actual sequence data D obtained by downloading is set as library data (hereinafter referred to as “library sequence data”), and a sequence of the sequence data for the library Of the array data (hereinafter referred to as “random number determination data”) sequentially generated for random number determination in other portions of the actual array data D by using the deterministic nonlinear prediction method Compare sequences.

また、擬似乱数生成装置10は、決定論的非線形予測手法により予測した予測データと、実際の配列データから順次取り出した乱数判定用データ数列の比較結果から、非ランダムな状態がM回連続したとき、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補とする。   Further, the pseudo-random number generator 10 determines that the non-random state continues M times from the comparison result between the prediction data predicted by the deterministic nonlinear prediction method and the random number determination data sequence sequentially extracted from the actual array data. The entire downloaded array data D is evaluated as having lost its randomness, and otherwise, the random number determination data number sequence is set as a pseudo random number sequence candidate.

擬似乱数生成装置10は、予測データと乱数判定用データ数列の比較から、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価した場合、新たにインターネット上のゲノム・データベース20から別の塩基配列データ(配列データD)をダウンロードし、再びランダム性の評価及び乱数判定用データの抽出を行う。これにより、例えば常時、擬似乱数列を送出することが要求される用途においても、擬似乱数列を維持し続けることができる。尚、擬似乱数生成装置10は、1つ以上ダウンロードした配列データDについて、既に評価を行なったか否かを管理しており、一旦、ランダム性が失われたとして評価した配列データDについて、基本的には擬似乱数の生成には使用しない(ただし、例えば数10年以上など、予め期間を定めることもできる)。   If the pseudo-random number generator 10 evaluates that the randomness of the entire downloaded sequence data D is lost by comparing the predicted data and the random number determination data sequence, it is newly separated from the genome database 20 on the Internet. The base sequence data (sequence data D) is downloaded, and randomness evaluation and random number determination data are extracted again. As a result, for example, the pseudo-random number sequence can be maintained even in applications where it is required to send the pseudo-random number sequence at all times. The pseudo-random number generation device 10 manages whether or not one or more downloaded array data D has already been evaluated. Basically, the array data D once evaluated as having lost its randomness Is not used for generating pseudo-random numbers (however, for example, a period of several tens of years or more can be determined in advance).

以下、より具体的に、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置の構成と、その動作について説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the pseudorandom number generator according to an embodiment of the present invention will be described more specifically.

〔装置構成〕
図2は、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置のブロック図である。擬似乱数生成装置10は、制御部100と、記憶部200とを備える。制御部100は、塩基配列データダウンロード要求部101と、塩基配列データ数列変換部102と、非線形時系列解析部103と、乱数予測可能性判定部104と、乱数生成部105とを備える。尚、本発明に係る制御部100の各機能を説明するが、擬似乱数生成装置10が備える他の機能を排除することを意図したものではないことに留意する。擬似乱数生成装置10は、コンピュータとして構成することができ、制御部100の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム及びこれらのデータ(塩基配列データ等)を、当該コンピュータの記憶部200における所定の領域に格納しておき、当該コンピュータの中央演算処理装置(CPU)によってこのプログラムを読み出して実行させることで、擬似乱数生成装置10の各機能を実現することができる。
〔Device configuration〕
FIG. 2 is a block diagram of a pseudo random number generator according to an embodiment of the present invention. The pseudorandom number generation device 10 includes a control unit 100 and a storage unit 200. The control unit 100 includes a base sequence data download request unit 101, a base sequence data sequence conversion unit 102, a non-linear time series analysis unit 103, a random number predictability determination unit 104, and a random number generation unit 105. In addition, although each function of the control part 100 which concerns on this invention is demonstrated, it should be noted that it is not intended to exclude other functions provided in the pseudorandom number generation device 10. The pseudorandom number generation device 10 can be configured as a computer, and a program describing processing contents for realizing each function of the control unit 100 and these data (base sequence data, etc.) are stored in the storage unit 200 of the computer. Each function of the pseudo-random number generation device 10 can be realized by storing the program in this area and reading and executing this program by the central processing unit (CPU) of the computer.

塩基配列データダウンロード要求部101は、乱数生成の開始として、ネットワークを通じてインターネット上に配備されるゲノム・データベース20から、既に蓄積されている塩基配列データのような自然に存在する離散的な配列データDをダウンロードする機能を有する。また、塩基配列データダウンロード要求部101は、乱数予測可能性判定部104による予測データと乱数判定用データの比較から、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価された場合、新たにインターネット上のゲノム・データベース20から別の塩基配列データをダウンロードする機能を有する。   The base sequence data download request unit 101 starts the random number generation from the genome database 20 deployed on the Internet through the network, and the naturally existing discrete sequence data D such as already accumulated base sequence data D The function to download. In addition, when the base sequence data download request unit 101 is evaluated as having lost randomness with respect to the entire downloaded sequence data D based on the comparison between the prediction data and the random number determination data by the random number predictability determination unit 104 , It has a function of newly downloading another base sequence data from the genome database 20 on the Internet.

塩基配列データ数列変換部102は、ダウンロードして得られた実際の配列データDのうちの一部の配列データ(例えば、先頭の配列)をライブラリ用配列データとして設定し、このライブラリ用配列データと、実際の配列データDのうちの他の部分(例えば、先頭以外の配列)で乱数判定用に順次取り出す配列データを乱数判定用データとして設定し、ライブラリ用配列データ及び乱数判定用データにおけるそれぞれの塩基に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成する機能を有する。   The base sequence data sequence converter 102 sets a part of sequence data (for example, the first sequence) in the actual sequence data D obtained by downloading as library sequence data, and the library sequence data and The array data sequentially taken out for random number determination in other parts (for example, the array other than the head) of the actual array data D is set as random number determination data, and each of the library array data and the random number determination data It has a function of generating a sequence data sequence for library and a data sequence for random number determination by assigning a sequence of predetermined bits to a base to convert it into a numeric sequence.

非線形時系列解析部103は、数値列に変換されたライブラリ用配列データ数列を用いて、例えば特許文献2に開示されるような、非線形時系列解析プログラム(決定論的非線形予測手法)を用いて予測した予測データを生成する機能を有する。   The non-linear time series analysis unit 103 uses a non-linear time series analysis program (deterministic non-linear prediction method) as disclosed in, for example, Patent Document 2, using the sequence data sequence for the library converted into a numerical sequence. It has a function of generating predicted prediction data.

乱数予測可能性判定部104は、非線形時系列解析部103によって生成された予測データと順次取り出した乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態がM回連続したとき、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定する機能を有する。また、乱数予測可能性判定部104は、予測データと乱数判定用データの比較から、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価した場合、新たにインターネット上のゲノム・データベース20から別の塩基配列データをダウンロードするよう塩基配列データダウンロード要求部101に指示を与える機能を有する。   The random number predictability determination unit 104 compares the prediction data generated by the non-linear time series analysis unit 103 with the random number determination data sequence sequentially extracted, and when the non-random state continues M times, the downloaded sequence data The entire D is evaluated as having lost its randomness, and otherwise, the random number determination data sequence is set as a pseudo random sequence candidate. Further, when the random number predictability determination unit 104 evaluates that the randomness is lost with respect to the entire downloaded sequence data D based on the comparison between the prediction data and the random number determination data, a new genome database on the Internet is used. 20 has a function of giving an instruction to the base sequence data download request unit 101 so as to download another base sequence data from 20.

乱数生成部105は、乱数予測可能性判定部104によって設定される擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出する機能を有する。   The random number generation unit 105 has a function of sequentially sending the pseudo random number sequence candidates set by the random number predictability determination unit 104 to the outside as pseudo random numbers.

〔装置動作〕
図3は、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置の動作フロー図である。先ず、塩基配列データダウンロード要求部101は、ネットワークを通じてインターネット上に配備されるゲノム・データベース20から、既に蓄積されている塩基配列データの離散的な配列データDをダウンロードする(ステップS1)。ダウンロードされる塩基配列データの離散的な配列データDの例は、図4に示される。
[Device operation]
FIG. 3 is an operation flow diagram of the pseudo random number generation device according to an embodiment of the present invention. First, the base sequence data download request unit 101 downloads the discrete sequence data D of the base sequence data already accumulated from the genome database 20 provided on the Internet through the network (step S1). An example of the discrete sequence data D of the base sequence data to be downloaded is shown in FIG.

次に、塩基配列データ数列変換部102は、ダウンロードして得られた実際の配列データDのうちの一部の配列データ(例えば、先頭の配列)をライブラリ用配列データとして設定し、このライブラリ用配列データと、実際の配列データDのうちの他の部分(例えば、先頭以外の配列)の配列データを乱数判定用データとして設定し、ライブラリ用配列データ及び乱数判定用データにおけるそれぞれの塩基に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成する(ステップS2,S3)。尚、ダウンロードして得られた実際の配列データDの全部を所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換した後、ライブラリ用配列データと乱数判定用データを決定して設定するように構成してもよいことは勿論である。   Next, the base sequence data sequence converter 102 sets a part of the sequence data (for example, the first sequence) in the actual sequence data D obtained by downloading as library sequence data, and this library data The sequence data and the sequence data of the other part of the actual sequence data D (for example, the sequence other than the head) are set as random number determination data, and for each base in the library sequence data and the random number determination data, Thus, a numerical sequence of predetermined bits is assigned to be converted into a numerical sequence, and a library array data sequence and a random number determination data sequence are generated (steps S2 and S3). In addition, after all the actual array data D obtained by downloading is converted into a numerical string by assigning a predetermined bit number sequence, the library array data and random number determination data are determined and set. Of course, it may be.

例えば、配列データDの最初の1000点を、予測データを実行するためのライブラリデータとして設定することができる。また、例えば、A=0b00、G=0b01、T=0b10,C=0b11として設定し、配列データDから5つの要素を取り出し、10ビット整数値を作ることができる。抽出するアルゴリズムをユーザが別途指定することで、同一の塩基配列データでもユーザ固有の乱数を作成することができる。   For example, the first 1000 points of the array data D can be set as library data for executing the prediction data. Further, for example, A = 0b00, G = 0b01, T = 0b10, and C = 0b11 are set, and five elements are extracted from the array data D to create a 10-bit integer value. By specifying the algorithm to be extracted separately by the user, a user-specific random number can be created even with the same base sequence data.

次に、非線形時系列解析部103は、数値列に変換されたライブラリ用配列データを用いて、決定論的非線形予測手法により予測した予測データを生成する(ステップS4)。   Next, the nonlinear time series analysis unit 103 generates prediction data predicted by the deterministic nonlinear prediction method using the library array data converted into the numerical sequence (step S4).

次に、乱数予測可能性判定部104は、非線形時系列解析部103によって生成された予測データと順次取り出した乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態がM回連続したとき、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データを擬似乱数列の候補として設定する(ステップS5)。尚、乱数予測可能性判定部104は、予測データと乱数判定用データ数列の比較から、ダウンロードした配列データD全体に対してランダム性が失われたとして評価した場合、新たにインターネット上のゲノム・データベース20から別の塩基配列データをダウンロードするよう塩基配列データダウンロード要求部101に指示を与え、この指示に応じて、塩基配列データダウンロード要求部101は、新たにインターネット上のゲノム・データベース20から別の塩基配列データをダウンロードし、上記ステップS1からの処理を繰り返すことができる(ステップS6)。   Next, the random number predictability determination unit 104 compares the prediction data generated by the non-linear time series analysis unit 103 with the random number determination data sequence sequentially extracted, and downloads when the non-random state continues M times. The entire array data D is evaluated as having lost its randomness, and otherwise, the random number determination data is set as a pseudo-random number sequence candidate (step S5). In addition, when the random number predictability determination unit 104 evaluates that the randomness is lost with respect to the entire downloaded sequence data D based on the comparison between the prediction data and the random number determination data sequence, The base sequence data download request unit 101 is instructed to download another base sequence data from the database 20, and in response to this instruction, the base sequence data download request unit 101 newly separates from the genome database 20 on the Internet. Can be downloaded, and the processing from step S1 can be repeated (step S6).

乱数生成部105は、乱数予測可能性判定部104によって設定される擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出する(ステップS7)。   The random number generation unit 105 sequentially sends the pseudo random number sequence candidates set by the random number predictability determination unit 104 to the outside as pseudo random numbers (step S7).

非ランダムな状態がM回連続したか否かに用いるパラメータM(≧1)は、擬似乱数生成装置10を利用するユーザが任意に決定することのできるパラメータである。このMの値によって、得られるランダム配列の強さを決定することができる。つまり、Mの値が小さいほど強いランダム性を有し、Mの値が大きくなるにつれて得られるデータのランダム性は弱くなることから、本願明細書中、このパラメータMを「乱数の強度」と呼ぶことにする。このように、擬似乱数生成装置10は、インターネット上のゲノム・データベース20を利用し、周期性や分布の偏りなどのランダム性の強さをパラメータMで任意に設定できる擬似乱数列を提供することができる。   The parameter M (≧ 1) used for determining whether or not the non-random state has continued M times is a parameter that can be arbitrarily determined by the user using the pseudorandom number generation device 10. The value of M can determine the strength of the obtained random sequence. That is, the smaller the value of M, the stronger the randomness, and the larger the value of M, the weaker the randomness of the data obtained. Therefore, in the present specification, this parameter M is referred to as “random number strength”. I will decide. As described above, the pseudorandom number generator 10 uses the genome database 20 on the Internet, and provides a pseudorandom number sequence in which the strength of randomness such as periodicity and distribution bias can be arbitrarily set by the parameter M. Can do.

以上のように、擬似乱数生成装置10は、自然にある配列を利用し非線形時系列解析プログラム(決定論的非線形予測手法)を用いて常時又は定期的にランダム性を評価しつつ乱数列を生成することができるため、ランダム性に対する信頼性が高い擬似乱数列を生成することができる。また、Mという1つのパラメータで、乱数の強度を変えて、ユーザの望む乱数列を得ることができる。   As described above, the pseudorandom number generation device 10 generates a random number sequence while evaluating randomness regularly or regularly using a non-linear time series analysis program (deterministic nonlinear prediction method) using a natural array. Therefore, it is possible to generate a pseudo-random number sequence with high reliability with respect to randomness. Further, the random number sequence desired by the user can be obtained by changing the strength of the random number with one parameter M.

尚、塩基配列のような自然に存在する離散的な配列のランダム性を利用することで乱数列を得る点に関して、そのような配列の収集・ダウンロードの代わりに、予め記憶部200に多数の配列データを格納しておき、この記憶部200から順に取り出すようにすることもできる。また、塩基配列データから乱数を作り出すアルゴリズムに関して、汎用性のためユーザの独自の方法をインプリメントすることができるだけでなく、一意的に決定しておくこともできることは勿論である。さらに、塩基配列以外のデータに関しても適用範囲を拡げられる可能性もある。   In addition, regarding the point of obtaining a random number sequence by utilizing the randomness of a naturally occurring discrete sequence such as a base sequence, a large number of sequences are stored in the storage unit 200 in advance instead of collecting and downloading such sequences. Data can be stored and retrieved from the storage unit 200 in order. In addition, regarding the algorithm for generating random numbers from the base sequence data, not only can the user's own method be implemented for versatility, but it can also be determined uniquely. Furthermore, there is a possibility that the applicable range can be expanded for data other than the base sequence.

尚、擬似乱数生成装置10によって生成される擬似乱数列がランダム性を有しているか否かについて、別の検証方法で検証したので説明する。図5は、本発明による一実施例の擬似乱数生成装置で生成した擬似乱数列の一例を示す図であり、配列データD(80万点以上の塩基を持つ)の最初の1000点を、予測データを実行するためのライブラリデータとして設定することができる。また、例えば、アデニン:A=0b00、グアニン:G=0b01、チミン:T(又はウラシル:U)=0b10,シトシン:C=0b11として設定し、配列データDから5つの要素を取り出し、10ビット整数値を乱数として作成した例である(尚、横軸はデータ点数153点を、縦軸は、10ビット整数値の最大値が1.0となるように正規化して表している)。   In addition, since it verified by another verification method whether the pseudorandom number sequence produced | generated by the pseudorandom number generation apparatus 10 has randomness, it demonstrates. FIG. 5 is a diagram showing an example of a pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator according to an embodiment of the present invention. The first 1000 points of the sequence data D (having 800,000 bases or more) are predicted. It can be set as library data for executing data. Also, for example, adenine: A = 0b00, guanine: G = 0b01, thymine: T (or uracil: U) = 0b10, cytosine: C = 0b11, 5 elements are extracted from the array data D, and 10-bit integer In this example, numerical values are generated as random numbers (the horizontal axis indicates 153 data points, and the vertical axis indicates normalization so that the maximum 10-bit integer value is 1.0).

この図5に示す擬似乱数列の自己相関関数を算出した結果を図6に示す。図6の結果から、相関係数R2値=0.0121が得られ、相関がほとんどないことが分かる。また、図7には、この図5に示す擬似乱数列のヒストグラムを示し、図8には、そのヒストグラムの分析結果を示している。カイ2乗検定を行なった結果、有位水準95%の棄却域[16.91898,∞]に入らないので(つまり、12.42484<16.91898であるので)、有意な差があるといえずランダム性があるといえる。 FIG. 6 shows the result of calculating the autocorrelation function of the pseudo random number sequence shown in FIG. From the result of FIG. 6, it can be seen that the correlation coefficient R 2 value = 0.0121 is obtained and there is almost no correlation. FIG. 7 shows a histogram of the pseudorandom number sequence shown in FIG. 5, and FIG. 8 shows the analysis result of the histogram. As a result of performing the chi-square test, since it does not fall within the rejection range [16.9898, ∞] with a significant level of 95% (that is, 12.42484 <16.9898), it can be said that there is a significant difference. It can be said that there is randomness.

このように、擬似乱数生成装置10によって生成される擬似乱数列が極めて高いランダム性を有する擬似乱数であることが客観的にも検証することができた。   Thus, it was possible to objectively verify that the pseudorandom number sequence generated by the pseudorandom number generator 10 is a pseudorandom number having extremely high randomness.

上述の実施例では、1つの配列データDから1つの擬似乱数列を得る例を説明したが、複数の乱数列が必要な場合は、上記非線形時系列解析を再び行うことで得ることができる。   In the above-described embodiment, an example in which one pseudo-random number sequence is obtained from one array data D has been described. However, when a plurality of random number sequences are required, it can be obtained by performing the nonlinear time series analysis again.

本発明によれば、これら塩基配列データから任意の強さの数値配列を抽出することにより、擬似乱数列を生成するため、生成される擬似乱数列が制限されることなく、乱数性能(乱数強度)も制限されることなく、周期性や分布の偏りといった問題を解決しつつ、擬似乱数列を生成することができるようになるから、任意長の乱数列を逐次要求する用途に有用である。   According to the present invention, since a pseudo-random number sequence is generated by extracting a numerical sequence of arbitrary strength from these base sequence data, the generated pseudo-random number sequence is not limited, and the random performance (random strength) ) Is not limited, and it becomes possible to generate a pseudo-random number sequence while solving problems such as periodicity and uneven distribution, which is useful for the purpose of sequentially requesting an arbitrary-length random number sequence.

10 擬似乱数生成装置
20 ゲノム・データベース
100 制御部
101 塩基配列データダウンロード要求部
102 塩基配列データ数列変換部
103 非線形時系列解析部
104 乱数予測可能性判定部
105 乱数生成部
200 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pseudorandom number generator 20 Genome database 100 Control part 101 Base sequence data download request part 102 Base sequence data sequence conversion part 103 Nonlinear time series analysis part 104 Random number predictability judgment part 105 Random number generation part 200 Storage part

Claims (6)

離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置であって、
複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するデータ数列変換部と、
前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成する非線形時系列解析部と、
前記予測データと順次取り出した前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定する乱数予測可能性判定部と、
前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出する乱数生成部と、
を備えることを特徴とする、擬似乱数生成装置。
A pseudo-random number generator for generating pseudo-random numbers from discrete array data,
A part of the discrete array data of a plurality of elements is used as library array data, and another part of the discrete array data different from the library array data is used as random number determination data. And a data sequence conversion unit for converting each of the elements in the random number determination data into a numeric sequence by assigning a sequence of predetermined bits, and generating an array data sequence for the library and a random determination data sequence,
Using the sequence data sequence for the library, a nonlinear time series analysis unit that generates prediction data predicted based on deterministic nonlinear prediction;
Compare the prediction data and the random number determination data sequence sequentially extracted, and evaluate that the randomness is lost with respect to the entire discrete array data when a non-random state continues for a predetermined number of times, otherwise A random number predictability determination unit that sets the random number determination data number sequence as a pseudo random number sequence candidate;
A random number generator that sequentially sends the pseudo-random number sequence candidates to the outside as pseudo-random numbers;
A pseudo-random number generation device comprising:
前記離散的配列データは、塩基配列データからなることを特徴とする、請求項1に記載の擬似乱数生成装置。   The pseudo random number generation device according to claim 1, wherein the discrete sequence data includes base sequence data. ネットワークを通じてインターネット上に配備されるゲノム・データベースから、前記離散的配列データである塩基配列データをダウンロードする塩基配列データダウンロード要求部を更に備えることを特徴とする、請求項2に記載の擬似乱数生成装置。   The pseudorandom number generation according to claim 2, further comprising a base sequence data download request unit that downloads the base sequence data as the discrete sequence data from a genome database deployed on the Internet through a network. apparatus. 前記乱数予測可能性判定部は、前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較から、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価した場合、前記ゲノム・データベースから別の塩基配列データをダウンロードするよう前記塩基配列データダウンロード要求部に指示を与える手段を有し、
前記塩基配列データダウンロード要求部は、前記乱数予測可能性判定部からの指示に応じて、前記ゲノム・データベースから別の塩基配列データをダウンロードする手段を有することを特徴とする、請求項3に記載の擬似乱数生成装置。
The random number predictability determination unit evaluates that the randomness is lost with respect to the entire discrete sequence data based on the comparison between the prediction data and the random number determination data sequence, Means for giving an instruction to the base sequence data download requesting unit to download the base sequence data;
The said base sequence data download request | requirement part has a means to download another base sequence data from the said genome database according to the instruction | indication from the said random number predictability determination part, The said base sequence data download request | requirement part has a means to download another base sequence data from the said genome database. Pseudo random number generator.
離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成方法であって、
複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するステップと、
前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成するステップと、
前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定するステップと、
前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出するステップと、
を含むことを特徴とする、擬似乱数生成方法。
A pseudo-random number generation method for generating pseudo-random numbers from discrete array data,
A part of the discrete array data of a plurality of elements is used as library array data, and another part of the discrete array data different from the library array data is used as random number determination data. And converting each of the elements in the random number determination data into a numerical sequence by assigning a predetermined bit number sequence, and generating a library array data number sequence and a random number determination data sequence,
Generating predicted data based on deterministic nonlinear prediction using the library sequence data sequence; and
Comparing the prediction data and the random number determination data sequence, when the non-random state continues for a predetermined number of times, it is evaluated that the randomness is lost with respect to the entire discrete array data, otherwise, the Setting a random number determination data sequence as a pseudo random sequence candidate;
Sequentially sending the pseudo-random number sequence candidates to the outside as pseudo-random numbers;
A pseudo-random number generation method comprising:
離散的配列データから擬似乱数を生成する擬似乱数生成装置として構成するコンピュータに、
複数要素の離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとし、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして、前記ライブラリ用配列データ及び前記乱数判定用データにおけるそれぞれの要素に対して、所定ビットの数列を割り当てることにより数値列に変換し、ライブラリ用配列データ数列及び乱数判定用データ数列を生成するステップと、
前記ライブラリ用配列データ数列を用いて、決定論的非線形予測に基づいて予測した予測データを生成するステップと、
前記予測データと前記乱数判定用データ数列の比較を行い、非ランダムな状態が所定回数連続したとき、前記離散的配列データ全体に対してランダム性が失われたとして評価し、それ以外は、当該乱数判定用データ数列を擬似乱数列の候補として設定するステップと、
前記擬似乱数列の候補を擬似乱数として順次外部に送出するステップと、
を実行させるためのプログラム。
In a computer configured as a pseudo-random number generator that generates pseudo-random numbers from discrete array data,
A part of the discrete array data of a plurality of elements is used as library array data, and another part of the discrete array data different from the library array data is used as random number determination data. And converting each of the elements in the random number determination data into a numerical sequence by assigning a predetermined bit number sequence, and generating a library array data number sequence and a random number determination data sequence,
Generating predicted data based on deterministic nonlinear prediction using the library sequence data sequence; and
Comparing the prediction data and the random number determination data sequence, when the non-random state continues for a predetermined number of times, it is evaluated that the randomness is lost with respect to the entire discrete array data, otherwise, the Setting a random number determination data sequence as a pseudo random sequence candidate;
Sequentially sending the pseudo-random number sequence candidates to the outside as pseudo-random numbers;
A program for running
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