Godota mašīna: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Kas ir Godot mašīna?

Tā ir daļa no cilvēka pieredzes, ka mēs varam nonākt stāvoklī, kad gaidām kaut ko, kas galu galā varētu notikt pēc ilgas gaidīšanas vai vispār nenotikt.

Godota mašīna ir ar saules enerģiju darbināms elektromākslas darbs, kas mēģina notvert izmisušās emocijas, kas pavada, iespējams, bezjēdzīgu gaidīšanu.

Nosaukums cēlies no Sāmuela Beketa slavenās lugas Gaidot Godotu, kurā divi vīrieši gaida kāda Godota atnākšanu, kurš varētu ierasties rīt, parīt vai nekad.

Tātad, ko dara Godot mašīna?

1. 1. Ņemot vērā saules gaismu, džoula zagļa ķēde sāk uzlādēt kondensatoru banku.
2. 2. Kad uzlādēts aptuveni 5 V, Arduino Nano tiek darbināts.
3. 3. Arduino ģenerē 20 bitu patiesu nejaušu skaitli, kas tiek parādīts 4 bitu LED joslā.
4. 4. Šis skaitlis tiek salīdzināts ar citu nejaušu, visiem nezināmu skaitli, kas tika saglabāts eeprom pirmajā ķēdes palaišanas reizē.
5. 5. Ja vienāds, gaidīšana ir beigusies, iekārta saglabā šo faktu eeprom un no šī brīža tiek aktivizēta zaļā gaismas diode un pjezo skaņas signāls (ja ir pietiekami daudz enerģijas).
6. 6. Ja nav vienāds, cerēt, izmisums, atkārtojiet.

… Arī laiku pa laikam ģenerēto numuru padara dzirdamu skaņas signāls, tāpēc jūs faktiski neaizmirstat, ka jums ir Godot mašīna.

Ņemot vērā, ka varbūtība sasniegt Godota skaitli ir 1 virs 2^20 vai aptuveni viens no miljona, un iekārta nav īpaši ātra, it īpaši ziemā un rudenī, tās atrašana var aizņemt vairākus gadus. Jūsu Godot mašīna pat varētu kļūt par daļu no jūsu mantojuma. Gaidot, kad tiks pārbaudīts nākamais skaitlis, jūs varat fantazēt par to, kā jūsu attālie mazmazbērni beidzot var redzēt, ka tas nonāk pie secinājuma. Īsumā: tā ir ideāla dāvana gaidāmajā svētku sezonā!

1. darbība: shēma

Godot mašīna sastāv no:

-Joule Thief enerģijas kombains (Q1), kas uzlādē 9x2200uF kondensatorus. Tiem, kas cieš no heliksofobijas (neracionāla induktoru dusmu, bet kondensatori un rezistori nerada šādas problēmas), nebaidieties, jo nav nepieciešama manuāla tinšana: sakabe tiek izveidota, novietojot standarta koaksiālos induktorus viens otra tuvumā, kā parādīts šeit 2. att. Brīnišķīgs triks!

-Diskrēts tranzistora barošanas slēdzis (Q2, Q3, Q4), kas ieslēdzas pie 5V1 aptuveni un izslēdzas aptuveni 3,0V. Ja izmantojat dažādus (vispārējas nozīmes) tranzistoru tipus, iespējams, vēlēsities nedaudz noregulēt R2-R4.

-Entropijas ģenerators (Q6, Q7, Q8). Šī shēma pastiprina vidē esošo elektronisko troksni no mikrovoltiem līdz voltiem. Pēc tam no šī signāla tiek ņemti paraugi, lai iegūtu nejaušu skaitļu ģeneratoru, kas balstīts uz haosu. Ģitāras stīgas gabals darbojas kā antena.

-LED josla ar 4 gaismas diodēm vai 4 sarkanām atsevišķām gaismas diodēm, pjezo skaņas signālu un zaļu gaismas diodi.

Ņemiet vērā, ka barošanas slēdža (Q4 kolektora) izeja ir pievienota Arduino Nano 5V tapai, nevis VIN tapai!

2. darbība: izveidojiet Godot mašīnu

Es izveidoju ķēdi uz perforatora. Nekā īpaša tur nav. 2V/200mA saules panelis ir pārpalikums no cita projekta. Zīmols ir Velleman. To ir viegli izgriezt, izmantojot asu nazi, urbt caurumus skrūvēm utt. Plātne un saules panelis ir pieskrūvēti pie diviem saplākšņa gabaliem, kā parādīts attēlā. Ideja ir tāda, ka saules paneli var novietot pret sauli uz nekustīga loga.

3. solis: kods: nejauši skaitļi no haosa?

Kā tiek veidoti nejauši skaitļi? Nu, tie ir izgatavoti ar matemātiku!

Tā vietā, lai izmantotu Arduino nejaušo skaitļu ģeneratora funkciju random (), es nolēmu uzrakstīt savu nejaušo skaitļu ģeneratoru (RNG), tikai sava prieka pēc.

Tās pamatā ir loģistikas karte, kas ir vienkāršākais deterministiskā haosa piemērs. Lūk, kā tas darbojas:

Pieņemsim, ka x ir kāda reāla vērtība starp 0 un 1, pēc tam aprēķiniet: x*r*(1-x), kur r = 3,9. Rezultāts ir jūsu nākamais “x”. Atkārtojiet bezgalīgi. Tādējādi tiks parādīta virkne skaitļu no 0 līdz 1, kā parādīts pirmajā attēlā, kur šis process tiek sākts ar sākotnējo vērtību x = 0,1 (sarkans) un arī x = 0,1001 (zils).

Tagad šeit ir foršā daļa: neatkarīgi no tā, cik tuvu izvēlaties divus dažādus sākotnējos nosacījumus, ja tie nav precīzi vienādi, iegūtā skaitļu sērija galu galā atšķirsies. To sauc par “jutīgu atkarību no sākotnējiem apstākļiem”.

Matemātiski kartes vienādojums x*r*(1-x) ir parabola. Kā parādīts 2. attēlā, jūs varat grafiski noteikt x sēriju, izmantojot tā dēvēto zirnekļtīkla konstrukciju: sāciet no x uz horizontālās ass, atrodiet funkcijas vērtību uz y ass, pēc tam atspoguļojiet pret taisnu līniju 45 grādu leņķis, kas iet caur sākumpunktu. Atkārtojiet. Kā parādīts sarkanās un zilās sērijās, pat ja tās sākotnēji ir tuvu, tās pilnībā atšķiras pēc aptuveni 30 atkārtojumiem.

No kurienes nāk skaitlis “r = 3,9”? Izrādās, ka zemām r vērtībām mēs iegūstam tikai divas mainīgas x vērtības. Palielinot r parametru, kādā brīdī tiks pārslēgtas svārstības starp 4, 8, 16 vērtībām utt. Šīs sazarošanās vai sazarošanās notiek arvien straujāk, palielinoties r, tā sauktajā “perioda dubultošanās ceļā uz haosu”. Diagramma ar r uz horizontālās ass un daudzi x-iterāti, kas pārklājas vertikāli, radīs tā saukto bifurkācijas diagrammu (3. attēls). Ja r = 3,9, karte ir pilnīgi haotiska.

Tātad, ja mēs aprēķinām daudzus x atjauninājumus un paraugus no tiem, mēs iegūstam nejaušu skaitli? Nu nē, šajā brīdī tas būtu pseido nejaušo skaitļu ģenerators (PRNG), jo, ja mēs vienmēr sāktu no vienas un tās pašas sākotnējās vērtības (pēc izejas no atiestatīšanas), mēs vienmēr iegūtu to pašu secību; pazīstams arī kā deterministisks haoss. Šeit nāk entropijas ģenerators, kas izsēj loģistikas karti ar skaitli, kas izveidots no vidē atrastā elektriskā trokšņa.

Vārdu sakot, nejaušo skaitļu ģeneratora kods to dara:

- Izmēriet spriegumu no entropijas ģeneratora uz tapas A0. Saglabājiet tikai 4 vismazāk nozīmīgos bitus.

- Pārvietojiet šos 4 bitus uz “sēklu” vērtību, atkārtojiet 8 reizes, lai iegūtu 32 bitu peldošā komata sēklu.

- Skalojiet sēklu no 0 līdz 1.

- Aprēķiniet šīs sēklas vidējo vērtību un x, pašreizējo loģistikas kartes stāvokli.

- Iepriekš veiciet loģistikas karti daudzos (64) soļos.

- Izņemiet vienu bitu no loģistikas kartes stāvokļa x, pārbaudot kādu nenozīmīgu decimāldaļu.

- Pārejiet šo daļu uz gala rezultātu.

- Atkārtojiet visas iepriekš minētās darbības 20 reizes.

Piezīme. Kodā Serial.println un Serial.begin ir pārsniegti. Noņemiet //, lai sērijas monitorā pārbaudītu ģenerētos nejaušos skaitļus.

Godīgi sakot, es neesmu statistiski pārbaudījis nejaušo skaitļu kvalitāti (piemēram, NIST testa komplekts), taču šķiet, ka tie ir labi.

4. solis: apbrīnojiet savu Godot mašīnu

Izbaudiet savu Godot mašīnu un, lūdzu, dalieties, komentējiet un/vai jautājiet, ja kaut kas nav skaidrs.

Kamēr jūs gaidāt Godota numura atrašanu, lūdzu, balsojiet par šo pamācību konkursā Made With Math! Paldies!

Otrās vietas ieguvējs matemātikas konkursā