Кіріспе

Қағаздық карталарды араластыру машинасы – қағаздық карталарды кездейсоқ араластыруға арналған машина. Стандартты араластыру техникаларының нашар екені саналғандықтан және қызметкерлердің құмар ойыншылармен сөз байласып, нашар араластыру арқылы "ішкі ойынды" жасауын болдырмау үшін көптеген казинолар карталарды таратпастан бұрын араластыру үшін автоматты араластыру машиналарын қолданады. Бұл машиналар дилерлердің қайталанатын қимылдардан болатын жарақаттарын азайтуға да себімі тигізеді. Араластыру машиналарын мұқият жобалау қажет, өйткені олар бұрыс араластырулар жасауы мүмкін: ең соңғы араластыру машиналарын компьютер бақылайды. Автоматты араластыру машиналарын шығаратын карталардың кездейсоқтығы немесе оның жоқтығы құмар ойыншылар мен казинолар үшін үлкен қызығушылық тудырады. Араластыру машиналарын екі негізгі түрі бар: бір немесе бірнеше жиынтықты үздіксіз араластыратын үздіксіз араластыру машиналарын (CSM) және бір операцияда толық жиынтықты араластыратын топтық араластыру машиналарын немесе автоматты араластыру машиналарын (ASM). Топтық араластырғыштар қымбатқа түседі, бірақ кейбір үздіксіз араластырғыштармен байланысты проблемаларды болдырмайды, яғни араластыру операциясы тек жиынтықтың күйін баяу өзгертеді және араластыру жиынтықты жеткілікті түрде кездейсоқ етіп алмастан бұрын жаңа карталар алынуы мүмкін, бұл кейбір ойыншыларға араластыру процесінде карталарды "із басымен қадағалауға" мүмкіндік береді. 2000 жылы Перси Диаконис пен Сьюзан Холмс жүргізген, бірақ жарияланбаған зерттеу көптеген араластыру машиналарын қайта жобалауға себеп болды. Кейіннен SIAM News оның нәтижелерін егжей-тегжейлі талқылады.

Алғашқы механикалық карта араластырғыштар

Карталарды араластыру құрылғыларына қатысты патенттер АҚШ-та 19 ғасырдың соңына қарай пайда бола бастады. Бұл құрылғылар коммерциялық өнімге айналдырылған-ды әлде жойылған-ды әлі анық емес. Бұл машиналар көбінесе карталарды алу, араластыру және шартты түрде кездейсоқтықпен тарату үшін көптеген механикалық бөліктерден тұратын күрделі құрылымдар болды. 1878 жылы Генри Эш карталарды араластыруға арналған құрылғы ұсынды. Оның құрылғысы – оператордың картоналық қаптаманы салатын ашық жоғарғы жағы бар қорап. Оператор қорапты сәл шайқап, карталарды қораптың төменгі жағындағы тісшелер арқылы түсіретін. Карталардың шамамен жартысы төменгі бөлімге, ал қалғаны жоғарғы бөлімге түсетін. Оператор жоғарғы карталарды алып, біріктіріп, төменгі карталармен де осылай істейтін. Екі қаптаманы бірінің үстіне бірін қойып, жаңа картоналық қаптама жасап, жақсы араластыру үшін осы амалды қайталап орындауға болатын. 1887 жылы Сильванус Тингли мен Чарльз Стетсон «карталарды араластыру аппаратын» патенттеді. Құрылғы екі картоналық қаптамадан тұрды, онда қаптамалар серіппелермен бекітілген. Құрылғы әр қаптаманың төменгі жағындағы ойық арқылы карталарды шығарып, оларды ортада үйіп қою арқылы карталарды араластыруды имитациялады. Оператор дөңгелектерге қосылған тұтқаны бұрап, содан кейін карталармен жанасатын резеңке жабынған дискілерді бұратын. Бұл беру механизмі соңғы жиынтықтың сол немесе оң камерадан «кездейсоқ» карталардан тұратынын қамтамасыз етті. Келесі машиналардан басты айырмашылығы – бір айналымда бір ғана карта қаптамадан шығарылатын. 1892 жылы Уильям Рэнни «карталарды араластыру және тарату механизміне» патент алды. Аппарат негізінен ойын үстелінің жиегіне бекітілген еңкейтілген қорап болды. Карталар корпустың жоғарғы жағынан салынып, бөгетпен ұсталып тұратын ыдысқа түсетін. Оператор тұтқаны бұрғанда, еңкейтілген ыдыстың төменгі қабырғасы баяу төмендейтін. Осы кезде құрылғы карталар арасындағы үйкеліс күшіне сүйеніп, белгілі бір деңгейде кездейсоқтыққа қол жеткізетін. Бір карта тік беткейдің әсерінен сырғып бастап, бірнеше картаны өзімен бірге тартып алатын. Әр айналымда шығарылатын карталардың саны әдетте бірден бесеуге дейін ауысатын. Карталар басқа ыдысқа түсіп, оператор карталарды басқа ойыншыға тарату үшін бүкіл құрылғыны бұратын. Бұл айналу төменгі картаны қораптан шығаратын роликті іске қосатын. Бір жылдан кейін Уильям Рэнни құрылғысының тағы бір нұсқасын ұсынды, онда бастапқы картоналық қаптама екіге бөлініп, карталар бір немесе екі жартысынан бірден түсетін. 1897 жылы Крукстер деген екі бауыр бес картаны көрсетіп тұратын ойын автоматына ұқсас күрделі машина ұсынды. Бұл құрылғы ойыншыларға карталарды таратпай, тек карталардың кездейсоқ тізбегін көрсетті. Алайда, ол айналмалы үшбұрышты каркасқа сүйенген араластыру механизмін қолданды, әр жағында бірдей құрылғы орналасқан. Бір мезгілде тек бір механикалық жағы жұмыс істей алатын және карталарды көрсетіп тұратын, ал оператор бүкіл барабанды айналдырып, басқа араластыруды орындайтын. Араластыру қорабы «бөлу саусақтары» деп аталатын нәрсені пайдаланып бес бөлікке бөлінетін. Содан кейін күрделі штырь механизмі карталарды бөлімдер арасында араластыратын және жаңа нәтиже көрсетілетін. Джон Боуэн 1899 жылы ыңғайлы «карталарды араластыру машинасы» ұсынды, онда араластырылмаған қаптама екі көлденең тақтаның арасына орналастырылды. Бұл аппараттың принципі Тингли мен Стетсонның машинасына ұқсас болды. Жоғарғы тақта жылжымалы және «ізбасар» деп аталды, ал төменгі тақта бекітілген. Оператор палубаны басу үшін тік тұтқаны қолданып, ол ізбеуге қосылып, палубаның үстінде және астында орналасқан екі роликті іске қосатын. Палубаның алдындағы тақта пакеттің жоғарғы және төменгі жағындағы карталардан басқа көптеген карталарды тоқтатып тұратын. Роликтер карталарға басып, олардың айналуымен оларды ыдысқа лақтыратын. Әр қадамда карталар палубаның жоғарғы немесе төменгі жағынан шыға алатын және шығарылған карталардың саны тұрақты емес. Роликтер мен карталар арасындағы өзгермелі үйкеліс, Рэнни машинасы сияқты, белгілі бір деңгейде кездейсоқтықты қамтамасыз етті. Фред С. Ролингс 1899 жылы айналмалы үстелмен құрылғы ойлап тапты, онда карталар айнымалы қысыммен детент арқылы ортаға таратылды. 1901 жылы Бенджамин Беллоус құрылғысына патент алды, ол «карталардың барлық қозғалысына тек гравитация күшін» пайдаланды, оларды жылжымалы бөлімдер арқылы бағыттап. Келесі жылдары роликтердің, карталарды ұстайтын қораптардың, тісшелердің және штырь жүйелерінің әртүрлі комбинацияларымен әртүрлі механизмдер ұсынылды. Көптеген машиналар тұтқаны бұру арқылы қолмен жұмыс істеді, ол ішкі тісті дөңгелектер мен роликтерді іске қосатын. Кездейсоқтықты операторлардың орындайтын араластыру айналымдарының санын арттыру арқылы немесе машиналардағы қораптардың, тісшелердің немесе бөлу камераларының санын арттыру арқылы жақсартуға болады. Кейбір құрылғылар қарапайым қораптар болды, тісшелермен жабдықталған, олар қолмен араластыруды, мысалы, шайба араластыруды имитациялайтын. 1925 жылы Чарльз мен Уильям Гюнцельманн картоналық қаптаманы жоғарғы бөлімге салып, құрылғыны шайқағанда карталар төменгі бөлімге түсетін қарапайым ромб тәрізді аппаратқа патент алды. Араластыру қораптың ортасындағы екі кішкентай қанаттармен қамтамасыз етілді, олар карталарды таратуға көмектесетін. Оператор қорапты кері бұрып, осы амалды қайталап орындауға болатын. Шыны терезелер барлық карталар бөлімге түскенін көруге мүмкіндік берді.

Механикалық амалдарды қолдану арқылы кездейсоқтықты жақсарту

1930 жылдан кейін өнертапқыштар карталарды тікелей бөлетін машиналарды жасауға ден қойды, бұл идея 1892 жылы Раннидің машинасынан бастау алған. 1932 жылы Лоуренс Хаммонд карта бөлуге арналған үстелге патент алды. Бұл машина электр энергиясын қолданып, қажетті араластыру және бөлу механизмін іске қосатын алғашқы үлгілердің бірі болды. Оның патенттік сипаттамасында бұрынғы машиналармен байланысты қызықты мәліметтер келтірілген: егер карталар тозып немесе бүгілсе, араластыру сәтсіз аяқталуы мүмкін. Сондай-ақ ол бұрынғы араластыру әдістерінің кездейсоқтығын сынап, соңғы тізбекті болжау қаупін көрсетті. Патентте оның машинасының ішкі жұмысына қатысты математикалық түсіндірмелер де бар. Қозғалтқыш 13 картаны әр ойыншыға бөлетін айналмалы жақтауды итермеледі. Машина 52 картаны бөлу үшін 53 циклден өтті. Әр циклде 52 ойығы бар таңдау пластинасы бір қадамға бұрылды. Ойықтардың тереңдігі төрт түрлі болды және ойыққа тиетін тістік қондырғы қай ойыншыға карта берілетінін анықтады. Әр карта жинақтың үстінен алынып, конвейер жолы арқылы тиісті ойыншының ыдысына жіберілді. Бірінші цикл пластинаны бұру үшін пайдаланылды және бөлу жаңа тізбекпен басталатынын қамтамасыз етті. Машинаның бір ерекшелігі – бір ойыншыға екі немесе үш цикл қатарынан карта берілуі мүмкін еді. Кездейсоқтықты арттыру үшін автор әртүрлі таңдау пластиналарын пайдалануды немесе ойын кезінде басқа жинақты араластыруды ұсынды. Машина бірнеше секунд ішінде бүкіл жинақты араластыра алды. Егер тек бір пластина қолданылса, 52 бөлістен кейін бірдей тізбек қайталануы мүмкін еді (пластинада 52 басталу нүктесі болды; басталу нүктесі кездейсоқ таңдалмады, өйткені пластина әр циклде бір бағытта бір қадамға бұрылды). Механикалық құралдарды қолданып кездейсоқтықты қамтамасыз ету мәселесін шешу қиын болды. 1930 жылдардың басында Роберт Маккей 52 шардан тұратын камерасы бар тапқыр машинаны ұсынды (әр ойыншы үшін бірдей өлшемдегі 13 шар болды). Лотерея машинасы сияқты, шарлар 52 ұялы дөңгелекке бірінен соң бірі жіберіліп, кездейсоқ таңдалды. Дөңгелек айналып, шарға тиетін таяқ оның диаметрін анықтады. Содан кейін бөлу механизмі диаметр туралы ақпаратты пайдаланып, картаны дұрыс ойыншыға беру үшін тиісті әрекет жасады. Лотерея машиналарымен бірге, араластыру құрылғылары дами берді. 1934 жылы Ральф Поттер перфорацияланған карталарды оқитын және кездейсоқ тізбектерді жасайтын электромеханикалық машинаны ойлап тапты. Бұл деректер ойын үстеліндегі шамдарды қоректендіру үшін қолданылды. Бұл шамдар карталар мен рулетканың мәндерін көрсететін. Ойыншылар өз таңдауларын машинаға көрсету үшін батырмаларды басты. Оның бұл құрылғысы компьютерлік псевдокезеңгерлік генератор мен ойын консолін жасауға жасалған алғашқы әрекеттердің бірі болды. 1930 жылдардың қалған бөлігінде көптеген өнертабыстар карта бөлу мәселесін шешуге тырысты, көбінесе үстелдің әр ойыншысына карталарды бөлетін айналмалы жақтауларды пайдалану арқылы. Айналмалы бөлшектер араластыру машиналарында жиі кездесетін; дизайнерлер көбінесе реңктер мен тесіктері бар пластиналарды қолданды, олардың мақсаты Хаммонд машинасының тізбекті генератор пластинасына ұқсас болды. Бұл араластырғыштар криптографияда қолданылатын машиналармен, мысалы, Энигмамен кейбір ұқсастықтарды бөлісті. Бұл неміс шифрлау құрылғысы Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде қолданылды және кілт басылған сайын қозғалатын роторлардан тұрды, соның нәтижесінде әріптің шифрланған нұсқасы пайда болды. Екі сала да белгілі үлгілерді, қайталанатын тізбектерді және басқа статистикалық әлсіздіктерді немесе бейімділіктерді болдырмау үшін кездейсоқтыққа қатысты математикалық талаптарды орындауы керек.

Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін

Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін инженерлер электр құрылғыларын пайдаланып, кездейсоқ тізбектерді жасауға тырысты. Электр шу көздерінен (мысалы, ыстық катодты газ разрядтағы түтік немесе резистор) шығатын сигналдар әдетте сүзгілер мен күшейткіштер арқылы өтіп, бір немесе бірнеше кездейсоқ ағын тудыратын. Мұндай құрылғы 1940 жылы Ньюби және авторлар тобының патентінде сипатталған. Көптеген патенттелген машиналар ескі механикалық конструкцияларға негізделген, олар шу көздері сияқты көп кездейсоқтық бермесе де, практикалық болатын. 1950-1960 жылдарға қатысты патенттік өтінімдерде дизайнерлер қарапайым құрылғылар жасады, онда негізгі ұсату операциясы бірнеше рет қайталанды (шығыс дегін машинаға қайта жіберу арқылы), бір күрделі өтеудің орнына, көптеген қиын механикалық операциялар нашар ұсатуға және сенімділіктің төмендеуіне әкелмейтіндей болды. Олардың кейбіреулері карталарды бір-бірімен араластырып, қолмен жасалатын рифльді ұсатуды қайта жасай алмады. Сол кезде карталарды жинауға арналған роликтер қаптың үстіңгі немесе астыңғы жағымен тікелей жанасатын.

Компьютерлік араластырғыштар

1969 жылы Томас Сегерс өзінің "электрондық карта берушісін" патенттеді, ол нақты карталармен емес, кездейсоқ таңдауды модельдеу арқылы жұмыс істеді. Ойыншылар нәтижені көру үшін шамдар қолданылды. Патент бойынша, құрылымда мультивибраторлар, ЖӘНЕ логикалық қақпалар және электрондық лампа осцилляторы бар. Изобретатель транзисторларды да схемада қолдануға болатынын атап өтеді. 1974 жылы Дэвид Эриксон мен Ричард Кронмал бинарлық қақпалары бар логикалық схемаға негізделген карта шайқағыш құрылғысын ұсынды. Карталар ұстағышқа орналастырылып, бірінен соң бірі алынып, кейбір жақтаулары бар төмен қарай бағытталған арнаға жіберілді, олар қай жинаққа карта жіберу керектігіне байланысты қосылып немесе өшірілді. Жақтау картаны тиісті контейнерге бағыттап, псевдокезеңді генератормен басқарылатын катушкамен қозғалды. Синхронизация маңызды болды және карта дұрыс жолмен жүретініне көз жеткізу үшін бірнеше әдіс қолданылды. 1980 жылға дейін көптеген жаңалықтар болған жоқ. 1985 жылы Эдвард Самссел екі колодадан карталарды алып, екінші бөлімге салатын машинаны ұсынды. Басқа бір құрылғы дилер алған картаны шығарып тастады. Ұстағыштардан карталар алыну реті логикалық схемамен басқарылды, оның негізгі бөліктері – санауыш және декодер. Фотосенсорлар әр бөлімде қанша карта бар екенін және карта дилерге алынған-алмағанын анықтады. Осы жағдайда бастапқы ұстағыштардан тағы бір карта өңделді.