]> AND Private Git Repository - prng_gpu.git/blob - prng_gpu.tex
Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Private GIT Repository
Avancées dans le nouveau prng + suppression de l'ancienne base
[prng_gpu.git] / prng_gpu.tex
1 \documentclass{article}
2 \usepackage[utf8]{inputenc}
3 \usepackage[T1]{fontenc}
4 \usepackage{fullpage}
5 \usepackage{fancybox}
6 \usepackage{amsmath}
7 \usepackage{amscd}
8 \usepackage{moreverb}
9 \usepackage{commath}
10 \usepackage{algorithm2e}
11 \usepackage{listings}
12 \usepackage[standard]{ntheorem}
13
14 % Pour mathds : les ensembles IR, IN, etc.
15 \usepackage{dsfont}
16
17 % Pour avoir des intervalles d'entiers
18 \usepackage{stmaryrd}
19
20 \usepackage{graphicx}
21 % Pour faire des sous-figures dans les figures
22 \usepackage{subfigure}
23
24 \usepackage{color}
25
26 \newtheorem{notation}{Notation}
27
28 \newcommand{\X}{\mathcal{X}}
29 \newcommand{\Go}{G_{f_0}}
30 \newcommand{\B}{\mathds{B}}
31 \newcommand{\N}{\mathds{N}}
32 \newcommand{\BN}{\mathds{B}^\mathsf{N}}
33 \let\sur=\overline
34
35 \newcommand{\alert}[1]{\begin{color}{blue}\textit{#1}\end{color}}
36
37 \title{Efficient generation of pseudo random numbers based on chaotic iterations on GPU}
38 \begin{document}
39
40 \author{Jacques M. Bahi, Rapha\"{e}l Couturier, and Christophe Guyeux\thanks{Authors in alphabetic order}}
41
42 \maketitle
43
44 \begin{abstract}
45 This is the abstract
46 \end{abstract}
47
48 \section{Introduction}
49
50 Interet des itérations chaotiques pour générer des nombre alea\\
51 Interet de générer des nombres alea sur GPU
52 \alert{RC, un petit state-of-the-art sur les PRNGs sur GPU ?}
53 ...
54
55
56 \section{Basic Recalls}
57 \label{section:BASIC RECALLS}
58 This section is devoted to basic definitions and terminologies in the fields of topological chaos and chaotic iterations.
59 \subsection{Devaney's chaotic dynamical systems}
60
61 In the sequel $S^{n}$ denotes the $n^{th}$ term of a sequence $S$ and $V_{i}$ denotes the $i^{th}$ component of a vector $V$. $f^{k}=f\circ ...\circ f$ denotes the $k^{th}$ composition of a function $f$. Finally, the following notation is used: $\llbracket1;N\rrbracket=\{1,2,\hdots,N\}$.
62
63
64 Consider a topological space $(\mathcal{X},\tau)$ and a continuous function $f : \mathcal{X} \rightarrow \mathcal{X}$.
65
66 \begin{definition}
67 $f$ is said to be \emph{topologically transitive} if, for any pair of open sets $U,V \subset \mathcal{X}$, there exists $k>0$ such that $f^k(U) \cap V \neq \varnothing$.
68 \end{definition}
69
70 \begin{definition}
71 An element $x$ is a \emph{periodic point} for $f$ of period $n\in \mathds{N}^*$ if $f^{n}(x)=x$.% The set of periodic points of $f$ is denoted $Per(f).$
72 \end{definition}
73
74 \begin{definition}
75 $f$ is said to be \emph{regular} on $(\mathcal{X}, \tau)$ if the set of periodic points for $f$ is dense in $\mathcal{X}$: for any point $x$ in $\mathcal{X}$, any neighborhood of $x$ contains at least one periodic point (without necessarily the same period).
76 \end{definition}
77
78
79 \begin{definition}
80 $f$ is said to be \emph{chaotic} on $(\mathcal{X},\tau)$ if $f$ is regular and topologically transitive.
81 \end{definition}
82
83 The chaos property is strongly linked to the notion of ``sensitivity'', defined on a metric space $(\mathcal{X},d)$ by:
84
85 \begin{definition}
86 \label{sensitivity} $f$ has \emph{sensitive dependence on initial conditions}
87 if there exists $\delta >0$ such that, for any $x\in \mathcal{X}$ and any neighborhood $V$ of $x$, there exist $y\in V$ and $n > 0$ such that $d\left(f^{n}(x), f^{n}(y)\right) >\delta $.
88
89 $\delta$ is called the \emph{constant of sensitivity} of $f$.
90 \end{definition}
91
92 Indeed, Banks \emph{et al.} have proven in~\cite{Banks92} that when $f$ is chaotic and $(\mathcal{X}, d)$ is a metric space, then $f$ has the property of sensitive dependence on initial conditions (this property was formerly an element of the definition of chaos). To sum up, quoting Devaney in~\cite{Devaney}, a chaotic dynamical system ``is unpredictable because of the sensitive dependence on initial conditions. It cannot be broken down or simplified into two subsystems which do not interact because of topological transitivity. And in the midst of this random behavior, we nevertheless have an element of regularity''. Fundamentally different behaviors are consequently possible and occur in an unpredictable way.
93
94
95
96 \subsection{Chaotic iterations}
97 \label{sec:chaotic iterations}
98
99
100 Let us consider  a \emph{system} with a finite  number $\mathsf{N} \in
101 \mathds{N}^*$ of elements  (or \emph{cells}), so that each  cell has a
102 Boolean  \emph{state}. Having $\mathsf{N}$ Boolean values for these
103  cells  leads to the definition of a particular \emph{state  of the
104 system}. A sequence which  elements belong to $\llbracket 1;\mathsf{N}
105 \rrbracket $ is called a \emph{strategy}. The set of all strategies is
106 denoted by $\mathbb{S}.$
107
108 \begin{definition}
109 \label{Def:chaotic iterations}
110 The      set       $\mathds{B}$      denoting      $\{0,1\}$,      let
111 $f:\mathds{B}^{\mathsf{N}}\longrightarrow  \mathds{B}^{\mathsf{N}}$ be
112 a  function  and  $S\in  \mathbb{S}$  be  a  strategy.  The  so-called
113 \emph{chaotic      iterations}     are     defined      by     $x^0\in
114 \mathds{B}^{\mathsf{N}}$ and
115 $$
116 \forall    n\in     \mathds{N}^{\ast     },    \forall     i\in
117 \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket ,x_i^n=\left\{
118 \begin{array}{ll}
119   x_i^{n-1} &  \text{ if  }S^n\neq i \\
120   \left(f(x^{n-1})\right)_{S^n} & \text{ if }S^n=i.
121 \end{array}\right.
122 $$
123 \end{definition}
124
125 In other words, at the $n^{th}$ iteration, only the $S^{n}-$th cell is
126 \textquotedblleft  iterated\textquotedblright .  Note  that in  a more
127 general  formulation,  $S^n$  can   be  a  subset  of  components  and
128 $\left(f(x^{n-1})\right)_{S^{n}}$      can     be      replaced     by
129 $\left(f(x^{k})\right)_{S^{n}}$, where  $k<n$, describing for example,
130 delays  transmission~\cite{Robert1986,guyeux10}.  Finally,  let us  remark that
131 the term  ``chaotic'', in  the name of  these iterations,  has \emph{a
132 priori} no link with the mathematical theory of chaos, recalled above.
133
134
135 Let us now recall how to define a suitable metric space where chaotic iterations are continuous. For further explanations, see, e.g., \cite{guyeux10}.
136
137 Let $\delta $ be the \emph{discrete Boolean metric}, $\delta (x,y)=0\Leftrightarrow x=y.$ Given a function $f$, define the function:
138 \begin{equation*}
139 \begin{array}{lrll}
140 F_{f}: & \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket\times \mathds{B}^{\mathsf{N}} &
141 \longrightarrow & \mathds{B}^{\mathsf{N}} \\
142 & (k,E) & \longmapsto & \left( E_{j}.\delta (k,j)+f(E)_{k}.\overline{\delta
143 (k,j)}\right) _{j\in \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket},%
144 \end{array}%
145 \end{equation*}%
146 \noindent where + and . are the Boolean addition and product operations.
147 Consider the phase space:
148 \begin{equation*}
149 \mathcal{X} = \llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N} \times
150 \mathds{B}^\mathsf{N},
151 \end{equation*}
152 \noindent and the map defined on $\mathcal{X}$:
153 \begin{equation}
154 G_f\left(S,E\right) = \left(\sigma(S), F_f(i(S),E)\right), \label{Gf}
155 \end{equation}
156 \noindent where $\sigma$ is the \emph{shift} function defined by $\sigma (S^{n})_{n\in \mathds{N}}\in \mathbb{S}\longrightarrow (S^{n+1})_{n\in \mathds{N}}\in \mathbb{S}$ and $i$ is the \emph{initial function}  $i:(S^{n})_{n\in \mathds{N}} \in \mathbb{S}\longrightarrow S^{0}\in \llbracket 1;\mathsf{N}\rrbracket$. Then the chaotic iterations defined in (\ref{sec:chaotic iterations}) can be described by the following iterations:
157 \begin{equation*}
158 \left\{
159 \begin{array}{l}
160 X^0 \in \mathcal{X} \\
161 X^{k+1}=G_{f}(X^k).%
162 \end{array}%
163 \right.
164 \end{equation*}%
165
166 With this formulation, a shift function appears as a component of chaotic iterations. The shift function is a famous example of a chaotic map~\cite{Devaney} but its presence is not sufficient enough to claim $G_f$ as chaotic. 
167
168 To study this claim, a new distance between two points $X = (S,E), Y = (\check{S},\check{E})\in
169 \mathcal{X}$ has been introduced in \cite{guyeux10} as follows:
170 \begin{equation*}
171 d(X,Y)=d_{e}(E,\check{E})+d_{s}(S,\check{S}),
172 \end{equation*}
173 \noindent where
174 \begin{equation*}
175 \left\{
176 \begin{array}{lll}
177 \displaystyle{d_{e}(E,\check{E})} & = & \displaystyle{\sum_{k=1}^{\mathsf{N}%
178 }\delta (E_{k},\check{E}_{k})}, \\
179 \displaystyle{d_{s}(S,\check{S})} & = & \displaystyle{\dfrac{9}{\mathsf{N}}%
180 \sum_{k=1}^{\infty }\dfrac{|S^k-\check{S}^k|}{10^{k}}}.%
181 \end{array}%
182 \right.
183 \end{equation*}
184
185
186 This new distance has been introduced to satisfy the following requirements.
187 \begin{itemize}
188 \item When the number of different cells between two systems is increasing, then their distance should increase too.
189 \item In addition, if two systems present the same cells and their respective strategies start with the same terms, then the distance between these two points must be small because the evolution of the two systems will be the same for a while. Indeed, the two dynamical systems start with the same initial condition, use the same update function, and as strategies are the same for a while, then components that are updated are the same too.
190 \end{itemize}
191 The distance presented above follows these recommendations. Indeed, if the floor value $\lfloor d(X,Y)\rfloor $ is equal to $n$, then the systems $E, \check{E}$ differ in $n$ cells. In addition, $d(X,Y) - \lfloor d(X,Y) \rfloor $ is a measure of the differences between strategies $S$ and $\check{S}$. More precisely, this floating part is less than $10^{-k}$ if and only if the first $k$ terms of the two strategies are equal. Moreover, if the $k^{th}$ digit is nonzero, then the $k^{th}$ terms of the two strategies are different.
192
193 Finally, it has been established in \cite{guyeux10} that,
194
195 \begin{proposition}
196 Let $f$ be a map from $\mathds{B}^n$ to itself. Then $G_{f}$ is continuous in the metric space $(\mathcal{X},d)$.
197 \end{proposition}
198
199 The chaotic property of $G_f$ has been firstly established for the vectorial Boolean negation \cite{guyeux10}. To obtain a characterization, we have secondly introduced the notion of asynchronous iteration graph recalled bellow.
200
201 Let $f$ be a map from $\mathds{B}^n$ to itself. The
202 {\emph{asynchronous iteration graph}} associated with $f$ is the
203 directed graph $\Gamma(f)$ defined by: the set of vertices is
204 $\mathds{B}^n$; for all $x\in\mathds{B}^n$ and $i\in \llbracket1;n\rrbracket$,
205 the graph $\Gamma(f)$ contains an arc from $x$ to $F_f(i,x)$. 
206 The relation between $\Gamma(f)$ and $G_f$ is clear: there exists a
207 path from $x$ to $x'$ in $\Gamma(f)$ if and only if there exists a
208 strategy $s$ such that the parallel iteration of $G_f$ from the
209 initial point $(s,x)$ reaches the point $x'$.
210
211 We have finally proven in \cite{FCT11} that,
212
213
214 \begin{theorem}
215 \label{Th:Caractérisation   des   IC   chaotiques}  
216 Let $f:\mathds{B}^n\to\mathds{B}^n$. $G_f$ is chaotic  (according to  Devaney) 
217 if and only if $\Gamma(f)$ is strongly connected.
218 \end{theorem}
219
220 This result of chaos has lead us to study the possibility to build a pseudo-random number generator (PRNG) based on the chaotic iterations. 
221 As $G_f$, defined on the domain   $\llbracket 1 ;  n \rrbracket^{\mathds{N}}  \times \mathds{B}^n$, is build from Boolean networks $f : \mathds{B}^n \rightarrow \mathds{B}^n$, we can preserve the theoretical properties on $G_f$ during implementations (due to the discrete nature of $f$). It is as if $\mathds{B}^n$ represents the memory of the computer whereas $\llbracket 1 ;  n \rrbracket^{\mathds{N}}$ is its input stream (the seeds, for instance).
222
223 \section{Application to Pseudo-Randomness}
224
225 We have proposed in~\cite{bgw09:ip} a new family of generators that receives 
226 two PRNGs as inputs. These two generators are mixed with chaotic iterations, 
227 leading thus to a new PRNG that improves the statistical properties of each
228 generator taken alone. Furthermore, our generator 
229 possesses various chaos properties that none of the generators used as input present.
230
231 \begin{algorithm}[h!]
232 %\begin{scriptsize}
233 \KwIn{a function $f$, an iteration number $b$, an initial configuration $x^0$ ($n$ bits)}
234 \KwOut{a configuration $x$ ($n$ bits)}
235 $x\leftarrow x^0$\;
236 $k\leftarrow b + \textit{XORshift}(b+1)$\;
237 \For{$i=0,\dots,k-1$}
238 {
239 $s\leftarrow{\textit{XORshift}(n)}$\;
240 $x\leftarrow{F_f(s,x)}$\;
241 }
242 return $x$\;
243 %\end{scriptsize}
244 \caption{PRNG with chaotic functions}
245 \label{CI Algorithm}
246 \end{algorithm}
247
248 \begin{algorithm}[h!]
249 %\SetAlgoLined                        %%RAPH: cette ligne provoque une erreur chez moi
250 \KwIn{the internal configuration $z$ (a 32-bit word)}
251 \KwOut{$y$ (a 32-bit word)}
252 $z\leftarrow{z\oplus{(z\ll13)}}$\;
253 $z\leftarrow{z\oplus{(z\gg17)}}$\;
254 $z\leftarrow{z\oplus{(z\ll5)}}$\;
255 $y\leftarrow{z}$\;
256 return $y$\;
257 \medskip
258 \caption{An arbitrary round of \textit{XORshift} algorithm}
259 \label{XORshift}
260 \end{algorithm}
261
262
263
264
265
266 This generator is synthesized in Algorithm~\ref{CI Algorithm}.
267 It takes as input: a function $f$;
268 an integer $b$, ensuring that the number of executed iterations is at least $b$ and at most $2b+1$; and an initial configuration $x^0$.
269 It returns the new generated configuration $x$.  Internally, it embeds two
270 \textit{XORshift}$(k)$ PRNGs \cite{Marsaglia2003} that returns integers uniformly distributed
271 into $\llbracket 1 ; k \rrbracket$.
272 \textit{XORshift} is a category of very fast PRNGs designed by George Marsaglia, which repeatedly uses the transform of exclusive or (XOR, $\oplus$) on a number with a bit shifted version of it. This PRNG, which has a period of $2^{32}-1=4.29\times10^9$, is summed up in Algorithm~\ref{XORshift}. It is used in our PRNG to compute the strategy length and the strategy elements.
273
274
275 We have proven in \cite{FCT11} that,
276
277 \begin{theorem}
278   Let $f: \mathds{B}^{n} \rightarrow \mathds{B}^{n}$, $\Gamma(f)$ its
279   iteration graph, $\check{M}$ its adjacency
280   matrix and $M$ a $n\times n$ matrix defined as in the previous lemma.
281   If $\Gamma(f)$ is strongly connected, then 
282   the output of the PRNG detailed in Algorithm~\ref{CI Algorithm} follows 
283   a law that tends to the uniform distribution 
284   if and only if $M$ is a double stochastic matrix.
285 \end{theorem} 
286
287
288
289
290 \section{Efficient prng based on chaotic iterations}
291
292 In  order to  implement efficiently  a PRNG  based on  chaotic iterations  it is
293 possible to improve  previous works [ref]. One solution  consists in considering
294 that the  strategy used contains all the  bits for which the  negation is
295 achieved out. Then in order to apply  the negation on these bits we can simply
296 apply the  xor operator between  the current number  and the strategy. In
297 order to obtain the strategy we also use a classical PRNG.
298
299 Here  is an  example with  16-bits numbers  showing how  the bitwise  operations are
300 applied.  Suppose  that $x$ and the  strategy $S^i$ are defined  in binary mode.
301 Then the following table shows the result of $x$ xor $S^i$.
302 $$
303 \begin{array}{|cc|cccccccccccccccc|}
304 \hline
305 x      &=&1&0&1&1&1&0&1&0&1&0&0&1&0&0&1&0\\
306 \hline
307 S^i      &=&0&1&1&0&0&1&1&0&1&1&1&0&0&1&1&1\\
308 \hline
309 x \oplus S^i&=&1&1&0&1&1&1&0&0&0&1&1&1&0&1&0&1\\
310 \hline
311
312 \hline
313  \end{array}
314 $$
315
316 %% \begin{figure}[htbp]
317 %% \begin{center}
318 %% \fbox{
319 %% \begin{minipage}{14cm}
320 %% unsigned int CIprng() \{\\
321 %%   static unsigned int x = 123123123;\\
322 %%   unsigned long t1 = xorshift();\\
323 %%   unsigned long t2 = xor128();\\
324 %%   unsigned long t3 = xorwow();\\
325 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t1;\\
326 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t2$>>$32);\\
327 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t3$>>$32);\\
328 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t2;\\
329 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t1$>>$32);\\
330 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t3;\\
331 %%   return x;\\
332 %% \}
333 %% \end{minipage}
334 %% }
335 %% \end{center}
336 %% \caption{sequential Chaotic Iteration PRNG}
337 %% \label{algo:seqCIprng}
338 %% \end{figure}
339
340
341
342 \lstset{language=C,caption={C code of the sequential chaotic iterations based PRNG},label=algo:seqCIprng}
343 \begin{lstlisting}
344 unsigned int CIprng() {
345   static unsigned int x = 123123123;
346   unsigned long t1 = xorshift();
347   unsigned long t2 = xor128();
348   unsigned long t3 = xorwow();
349   x = x^(unsigned int)t1;
350   x = x^(unsigned int)(t2>>32);
351   x = x^(unsigned int)(t3>>32);
352   x = x^(unsigned int)t2;
353   x = x^(unsigned int)(t1>>32);
354   x = x^(unsigned int)t3;
355   return x;
356 }
357 \end{lstlisting}
358
359
360
361
362
363 In listing~\ref{algo:seqCIprng}  a sequential version of  our chaotic iterations
364 based   PRNG    is   presented.   The    xor   operator   is    represented   by
365 \textasciicircum.  This   function  uses  three  classical   64-bits  PRNG:  the
366 \texttt{xorshift},  the   \texttt{xor128}  and  the   \texttt{xorwow}.   In  the
367 following,  we call  them  xor-like  PRNGSs.  These  three  PRNGs are  presented
368 in~\cite{Marsaglia2003}.  As each  xor-like PRNG used works with  64-bits and as
369 our PRNG works  with 32-bits, the use of \texttt{(unsigned  int)} selects the 32
370 least significant bits whereas  \texttt{(unsigned int)(t3$>>$32)} selects the 32
371 most  significants bits  of the  variable \texttt{t}.   So to  produce  a random
372 number realizes  6 xor operations with  6 32-bits numbers produced  by 3 64-bits
373 PRNG.  This version successes the  BigCrush of the TestU01 battery [P.  L’ecuyer
374   and R. Simard. Testu01].
375
376 \section{Efficient prng based on chaotic iterations on GPU}
377
378 In  order to benefit  from computing  power of  GPU, a  program needs  to define
379 independent blocks of threads which  can be computed simultaneously. In general,
380 the larger the number of threads is,  the more local memory is used and the less
381 branching  instructions are  used (if,  while, ...),  the better  performance is
382 obtained  on  GPU.  So  with  algorithm  \ref{algo:seqCIprng}  presented in  the
383 previous section, it is possible to  build a similar program which computes PRNG
384 on  GPU. In  the CUDA  [ref] environment,  threads have  a  local identificator,
385 called \texttt{ThreadIdx} relative to the block containing them.
386
387
388 \subsection{Naive version for GPU}
389
390 From the CPU version, it is possible  to obtain a quite similar version for GPU.
391 The principe consists in assigning the computation of a PRNG as in sequential to
392 each thread  of the  GPU.  Of course,  it is  essential that the  three xor-like
393 PRNGs  used for  our computation  have different  parameters. So  we  chose them
394 randomly with  another PRNG. As the  initialisation is performed by  the CPU, we
395 have chosen to use the ISAAC PRNG  [ref] to initalize all the parameters for the
396 GPU version  of our  PRNG.  The  implementation of the  three xor-like  PRNGs is
397 straightforward  as soon  as their  parameters have  been allocated  in  the GPU
398 memory. Each xor-like  PRNGs used works with an internal  number $x$ which keeps
399 the last generated random numbers. Other internal variables are also used by the
400 xor-like PRNGs. More  precisely, the implementation of the  xor128, the xorshift
401 and  the xorwow  respectively  require 4,  5  and 6  unsigned  long as  internal
402 variables.
403
404 \begin{algorithm}
405
406 \KwIn{InternalVarXorLikeArray: array with internal variables of the 3 xor-like PRNGs in global memory\;
407 NumThreads: Number of threads\;}
408 \KwOut{NewNb: array containing random numbers in global memory}
409 \If{threadIdx is concerned by the computation} {
410   retrieve data from InternalVarXorLikeArray[threadIdx] in local variables\;
411   \For{i=1 to n} {
412     compute a new PRNG as in Listing\ref{algo:seqCIprng}\;
413     store the new PRNG in NewNb[NumThreads*threadIdx+i]\;
414   }
415   store internal variables in InternalVarXorLikeArray[threadIdx]\;
416 }
417
418 \caption{main kernel for the chaotic iterations based PRNG GPU naive version}
419 \label{algo:gpu_kernel}
420 \end{algorithm}
421
422 Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}  presents a naive  implementation of  PRNG using
423 GPU.  According  to the available  memory in the  GPU and the number  of threads
424 used simultenaously,  the number  of random numbers  that a thread  can generate
425 inside   a    kernel   is   limited,   i.e.    the    variable   \texttt{n}   in
426 algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}. For example, if  $100,000$ threads are used and
427 if $n=100$\footnote{in fact, we need to add the initial seed (a 32-bits number)}
428 then   the  memory   required   to  store   internals   variables  of   xor-like
429 PRNGs\footnote{we multiply this number by $2$ in order to count 32-bits numbers}
430 and  random  number of  our  PRNG  is  equals to  $100,000\times  ((4+5+6)\times
431 2+(1+100))=1,310,000$ 32-bits numbers, i.e. about $52$Mb.
432
433 All the  tests performed  to pass the  BigCrush of TestU01  succeeded. Different
434 number of threads, called \texttt{NumThreads} in our algorithm, have been tested
435 upto $10$ millions.
436
437 \begin{remark}
438 Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}  has  the  advantage to  manipulate  independent
439 PRNGs, so this version is easily usable on a cluster of computer. The only thing
440 to ensure is to use a single ISAAC PRNG. For this, a simple solution consists in
441 using a master node for the initialization which computes the initial parameters
442 for all the differents nodes involves in the computation.
443 \end{remark}
444
445 \subsection{Improved version for GPU}
446
447 As GPU cards using CUDA have shared memory between threads of the same block, it
448 is possible  to use this  feature in order  to simplify the  previous algorithm,
449 i.e. using less  than 3 xor-like PRNGs. The solution  consists in computing only
450 one xor-like PRNG by thread, saving  it into shared memory and using the results
451 of some  other threads in the  same block of  threads. In order to  define which
452 thread uses the result of which other  one, we can use a permutation array which
453 contains  the indexes  of  all threads  and  for which  a  permutation has  been
454 performed.  In Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel2}, 2 permutations arrays are used.
455 The    variable   \texttt{offset}    is    computed   using    the   value    of
456 \texttt{permutation\_size}.   Then we  can compute  \texttt{o1}  and \texttt{o2}
457 which represent the indexes of the  other threads for which the results are used
458 by the  current thread. In  the algorithm, we  consider that a  64-bits xor-like
459 PRNG is used, that is why both 32-bits parts are used.
460
461 This version also succeed to the BigCrush batteries of tests.
462
463 \begin{algorithm}
464
465 \KwIn{InternalVarXorLikeArray: array with internal variables of 1 xor-like PRNGs in global memory\;
466 NumThreads: Number of threads\;
467 tab1, tab2: Arrays containing permutations of size permutation\_size\;}
468
469 \KwOut{NewNb: array containing random numbers in global memory}
470 \If{threadId is concerned} {
471   retrieve data from InternalVarXorLikeArray[threadId] in local variables\;
472   offset = threadIdx\%permutation\_size\;
473   o1 = threadIdx-offset+tab1[offset]\;
474   o2 = threadIdx-offset+tab2[offset]\;
475   \For{i=1 to n} {
476     t=xor-like()\;
477     shared\_mem[threadId]=(unsigned int)t\;
478     x = x $\oplus$ (unsigned int) t\;
479     x = x $\oplus$ (unsigned int) (t>>32)\;
480     x = x $\oplus$ shared[o1]\;
481     x = x $\oplus$ shared[o2]\;
482
483     store the new PRNG in NewNb[NumThreads*threadId+i]\;
484   }
485   store internal variables in InternalVarXorLikeArray[threadId]\;
486 }
487
488 \caption{main kernel for the chaotic iterations based PRNG GPU efficient version}
489 \label{algo:gpu_kernel2}
490 \end{algorithm}
491
492
493
494 \section{Experiments}
495
496 Differents experiments have been performed in order to measure the generation speed.
497 \begin{figure}[t]
498 \begin{center}
499   \includegraphics[scale=.7]{curve_time_gpu.pdf}
500 \end{center}
501 \caption{Number of random numbers generated per second}
502 \label{fig:time_naive_gpu}
503 \end{figure}
504
505
506 First of all we have compared the time to generate X random numbers with both the CPU version and the GPU version. 
507
508 Faire une courbe du nombre de random en fonction du nombre de threads, éventuellement en fonction du nombres de threads par bloc.
509
510
511
512 \section{The relativity of disorder}
513 \label{sec:de la relativité du désordre}
514
515 \subsection{Impact of the topology's finenesse}
516
517 Let us firstly introduce the following notations.
518
519 \begin{notation}
520 $\mathcal{X}_\tau$ will denote the topological space $\left(\mathcal{X},\tau\right)$, whereas $\mathcal{V}_\tau (x)$ will be the set of all the neighborhoods of $x$ when considering the topology $\tau$ (or simply $\mathcal{V} (x)$, if there is no ambiguity).
521 \end{notation}
522
523
524
525 \begin{theorem}
526 \label{Th:chaos et finesse}
527 Let $\mathcal{X}$ a set and $\tau, \tau'$ two topologies on $\mathcal{X}$ s.t. $\tau'$ is finer than $\tau$. Let $f:\mathcal{X} \to \mathcal{X}$, continuous both for $\tau$ and $\tau'$.
528
529 If $(\mathcal{X}_{\tau'},f)$ is chaotic according to Devaney, then $(\mathcal{X}_\tau,f)$ is chaotic too.
530 \end{theorem}
531
532 \begin{proof}
533 Let us firstly establish the transitivity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$.
534
535 Let $\omega_1, \omega_2$ two open sets of $\tau$. Then $\omega_1, \omega_2 \in \tau'$, becaus $\tau'$ is finer than $\tau$. As $f$ is $\tau'-$transitive, we can deduce that $\exists n \in \mathds{N}, \omega_1 \cap f^{(n)}(\omega_2) = \varnothing$. Consequently, $f$ is $\tau-$transitive.
536
537 Let us now consider the regularity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$, \emph{i.e.}, for all $x \in \mathcal{X}$, and for all $\tau-$neighborhood $V$ of $x$, there is a periodic point for $f$ into $V$.
538
539 Let $x \in \mathcal{X}$ and $V \in \mathcal{V}_\tau (x)$ a $\tau-$neighborhood of $x$. By definition, $\exists \omega \in \tau, x \in \omega \subset V$.
540
541 But $\tau \subset \tau'$, so $\omega \in \tau'$, and then $V \in \mathcal{V}_{\tau'} (x)$. As $(\mathcal{X}_{\tau'},f)$ is regular, there is a periodic point for $f$ into $V$, and the regularity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$ is proven.
542 \end{proof}
543
544 \subsection{A given system can always be claimed as chaotic}
545
546 Let $f$ an iteration function on $\mathcal{X}$ having at least a fixed point. Then this function is chaotic (in a certain way):
547
548 \begin{theorem}
549 Let $\mathcal{X}$ a nonempty set and $f: \mathcal{X} \to \X$ a function having at least a fixed point.
550 Then $f$ is $\tau_0-$chaotic, where $\tau_0$ is the trivial (indiscrete) topology on $\X$.
551 \end{theorem}
552
553
554 \begin{proof}
555 $f$ is transitive when $\forall \omega, \omega' \in \tau_0 \setminus \{\varnothing\}, \exists n \in \mathds{N}, f^{(n)}(\omega) \cap \omega' \neq \varnothing$.
556 As $\tau_0 = \left\{ \varnothing, \X \right\}$, this is equivalent to look for an integer $n$ s.t. $f^{(n)}\left( \X \right) \cap \X \neq \varnothing$. For instance, $n=0$ is appropriate.
557
558 Let us now consider $x \in \X$ and $V \in \mathcal{V}_{\tau_0} (x)$. Then $V = \mathcal{X}$, so $V$ has at least a fixed point for $f$. Consequently $f$ is regular, and the result is established.
559 \end{proof}
560
561
562
563
564 \subsection{A given system can always be claimed as non-chaotic}
565
566 \begin{theorem}
567 Let $\mathcal{X}$ be a set and $f: \mathcal{X} \to \X$.
568 If $\X$ is infinite, then $\left( \X_{\tau_\infty}, f\right)$ is not chaotic (for the Devaney's formulation), where $\tau_\infty$ is the discrete topology.
569 \end{theorem}
570
571 \begin{proof}
572 Let us prove it by contradiction, assuming that $\left(\X_{\tau_\infty}, f\right)$ is both transitive and regular.
573
574 Let $x \in \X$ and $\{x\}$ one of its neighborhood. This neighborhood must contain a periodic point for $f$, if we want that $\left(\X_{\tau_\infty}, f\right)$ is regular. Then $x$ must be a periodic point of $f$.
575
576 Let $I_x = \left\{ f^{(n)}(x), n \in \mathds{N}\right\}$. This set is finite because  $x$ is periodic, and $\mathcal{X}$ is infinite, then $\exists y \in \mathcal{X}, y \notin I_x$.
577
578 As $\left(\X_{\tau_\infty}, f\right)$ must be transitive, for all open nonempty sets $A$ and $B$, an integer $n$ must satisfy $f^{(n)}(A) \cap B \neq \varnothing$. However $\{x\}$ and $\{y\}$ are open sets and $y \notin I_x \Rightarrow \forall n, f^{(n)}\left( \{x\} \right) \cap \{y\} = \varnothing$.
579 \end{proof}
580
581
582
583
584
585
586 \section{Chaos on the order topology}
587
588 \subsection{The phase space is an interval of the real line}
589
590 \subsubsection{Toward a topological semiconjugacy}
591
592 In what follows, our intention is to establish, by using a topological semiconjugacy, that chaotic iterations over $\mathcal{X}$ can be described as iterations on a real interval. To do so, we must firstly introduce some notations and terminologies. 
593
594 Let $\mathcal{S}_\mathsf{N}$ be the set of sequences belonging into $\llbracket 1; \mathsf{N}\rrbracket$ and $\mathcal{X}_{\mathsf{N}} = \mathcal{S}_\mathsf{N} \times \B^\mathsf{N}$.
595
596
597 \begin{definition}
598 The function $\varphi: \mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10} \rightarrow \big[ 0, 2^{10} \big[$ is defined by:
599 $$
600 \begin{array}{cccl}
601 \varphi: & \mathcal{X}_{10} = \mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}& \longrightarrow & \big[ 0, 2^{10} \big[ \\
602  & (S,E) = \left((S^0, S^1, \hdots ); (E_0, \hdots, E_9)\right) & \longmapsto & \varphi \left((S,E)\right)
603 \end{array}
604 $$
605 \noindent where $\varphi\left((S,E)\right)$ is the real number:
606 \begin{itemize}
607 \item whose integral part $e$ is $\displaystyle{\sum_{k=0}^9 2^{9-k} E_k}$, that is, the binary digits of $e$ are $E_0 ~ E_1 ~ \hdots ~ E_9$.
608 \item whose decimal part $s$ is equal to $s = 0,S^0~ S^1~ S^2~ \hdots = \sum_{k=1}^{+\infty} 10^{-k} S^{k-1}.$ 
609 \end{itemize}
610 \end{definition}
611
612
613
614 $\varphi$ realizes the association between a point of $\mathcal{X}_{10}$ and a real number into $\big[ 0, 2^{10} \big[$. We must now translate the chaotic iterations $\Go$ on this real interval. To do so, two intermediate functions over $\big[ 0, 2^{10} \big[$ must be introduced:
615
616
617 \begin{definition}
618 \label{def:e et s}
619 Let $x \in \big[ 0, 2^{10} \big[$ and:
620 \begin{itemize}
621 \item $e_0, \hdots, e_9$ the binary digits of the integral part of $x$: $\displaystyle{\lfloor x \rfloor = \sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} e_k}$.
622 \item $(s^k)_{k\in \mathds{N}}$ the digits of $x$, where the chosen decimal decomposition of $x$ is the one that does not have an infinite number of 9: 
623 $\displaystyle{x = \lfloor x \rfloor + \sum_{k=0}^{+\infty} s^k 10^{-k-1}}$.
624 \end{itemize}
625 $e$ and $s$ are thus defined as follows:
626 $$
627 \begin{array}{cccl}
628 e: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \mathds{B}^{10} \\
629  & x & \longmapsto & (e_0, \hdots, e_9)
630 \end{array}
631 $$
632 \noindent and
633 $$
634 \begin{array}{cccl}
635 s: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \llbracket 0, 9 \rrbracket^{\mathds{N}} \\
636  & x & \longmapsto & (s^k)_{k \in \mathds{N}}
637 \end{array}
638 $$
639 \end{definition}
640
641 We are now able to define the function $g$, whose goal is to translate the chaotic iterations $\Go$ on an interval of $\mathds{R}$.
642
643 \begin{definition}
644 $g:\big[ 0, 2^{10} \big[ \longrightarrow \big[ 0, 2^{10} \big[$ is defined by:
645 $$
646 \begin{array}{cccl}
647 g: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \big[ 0, 2^{10} \big[ \\
648 & \\
649  & x & \longmapsto & g(x)
650 \end{array}
651 $$
652 \noindent where g(x) is the real number of $\big[ 0, 2^{10} \big[$ defined bellow:
653 \begin{itemize}
654 \item its integral part has a binary decomposition equal to $e_0', \hdots, e_9'$, with:
655 $$
656 e_i' = \left\{
657 \begin{array}{ll}
658 e(x)_i & \textrm{ if } i \neq s^0\\
659 e(x)_i + 1 \textrm{ (mod 2)} & \textrm{ if } i = s^0\\
660 \end{array}
661 \right.
662 $$
663 \item whose decimal part is $s(x)^1, s(x)^2, \hdots$
664 \end{itemize}
665 \end{definition}
666
667 \bigskip
668
669
670 In other words, if $x = \displaystyle{\sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} e_k +  \sum_{k=0}^{+\infty} s^{k} ~10^{-k-1}}$, then: $$g(x) = \displaystyle{\sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} (e_k + \delta(k,s^0) \textrm{ (mod 2)}) +  \sum_{k=0}^{+\infty} s^{k+1} 10^{-k-1}}.$$
671
672 \subsubsection{Defining a metric on $\big[ 0, 2^{10} \big[$}
673
674 Numerous metrics can be defined on the set $\big[ 0, 2^{10} \big[$, the most usual one being the Euclidian distance recalled bellow:
675
676 \begin{notation}
677 \index{distance!euclidienne}
678 $\Delta$ is the Euclidian distance on $\big[ 0, 2^{10} \big[$, that is, $\Delta(x,y) = |y-x|^2$.
679 \end{notation}
680
681 \medskip
682
683 This Euclidian distance does not reproduce exactly the notion of proximity induced by our first distance $d$ on $\X$. Indeed $d$ is finer than $\Delta$. This is the reason why we have to introduce the following metric:
684
685
686
687 \begin{definition}
688 Let $x,y \in \big[ 0, 2^{10} \big[$.
689 $D$ denotes the function from $\big[ 0, 2^{10} \big[^2$ to $\mathds{R}^+$ defined by: $D(x,y) = D_e\left(e(x),e(y)\right) + D_s\left(s(x),s(y)\right)$, where:
690 \begin{center}
691 $\displaystyle{D_e(E,\check{E}) = \sum_{k=0}^\mathsf{9} \delta (E_k, \check{E}_k)}$, ~~and~ $\displaystyle{D_s(S,\check{S}) = \sum_{k = 1}^\infty \dfrac{|S^k-\check{S}^k|}{10^k}}$.
692 \end{center}
693 \end{definition}
694
695 \begin{proposition}
696 $D$ is a distance on $\big[ 0, 2^{10} \big[$.
697 \end{proposition}
698
699 \begin{proof}
700 The three axioms defining a distance must be checked.
701 \begin{itemize}
702 \item $D \geqslant 0$, because everything is positive in its definition. If $D(x,y)=0$, then $D_e(x,y)=0$, so the integral parts of $x$ and $y$ are equal (they have the same binary decomposition). Additionally, $D_s(x,y) = 0$, then $\forall k \in \mathds{N}^*, s(x)^k = s(y)^k$. In other words, $x$ and $y$ have the same $k-$th decimal digit, $\forall k \in \mathds{N}^*$. And so $x=y$.
703 \item $D(x,y)=D(y,x)$.
704 \item Finally, the triangular inequality is obtained due to the fact that both $\delta$ and $\Delta(x,y)=|x-y|$ satisfy it.
705 \end{itemize}
706 \end{proof}
707
708
709 The convergence of sequences according to $D$ is not the same than the usual convergence related to the Euclidian metric. For instance, if $x^n \to x$ according to $D$, then necessarily the integral part of each $x^n$ is equal to the integral part of $x$ (at least after a given threshold), and the decimal part of $x^n$ corresponds to the one of $x$ ``as far as required''.
710 To illustrate this fact, a comparison between $D$ and the Euclidian distance is given Figure \ref{fig:comparaison de distances}. These illustrations show that $D$ is richer and more refined than the Euclidian distance, and thus is more precise.
711
712
713 \begin{figure}[t]
714 \begin{center}
715   \subfigure[Function $x \to dist(x;1,234) $ on the interval $(0;5)$.]{\includegraphics[scale=.35]{DvsEuclidien.pdf}}\quad
716   \subfigure[Function $x \to dist(x;3) $ on the interval $(0;5)$.]{\includegraphics[scale=.35]{DvsEuclidien2.pdf}}
717 \end{center}
718 \caption{Comparison between $D$ (in blue) and the Euclidian distane (in green).}
719 \label{fig:comparaison de distances}
720 \end{figure}
721
722
723
724
725 \subsubsection{The semiconjugacy}
726
727 It is now possible to define a topological semiconjugacy between $\mathcal{X}$ and an interval of $\mathds{R}$:
728
729 \begin{theorem}
730 Chaotic iterations on the phase space $\mathcal{X}$ are simple iterations on $\mathds{R}$, which is illustrated by the semiconjugacy of the diagram bellow:
731 \begin{equation*}
732 \begin{CD}
733 \left(~\mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}, d~\right) @>G_{f_0}>> \left(~\mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}, d~\right)\\
734     @V{\varphi}VV                    @VV{\varphi}V\\
735 \left( ~\big[ 0, 2^{10} \big[, D~\right)  @>>g> \left(~\big[ 0, 2^{10} \big[, D~\right)
736 \end{CD}
737 \end{equation*}
738 \end{theorem}
739
740 \begin{proof}
741 $\varphi$ has been constructed in order to be continuous and onto.
742 \end{proof}
743
744 In other words, $\mathcal{X}$ is approximately equal to $\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[$.
745
746
747
748
749
750
751 \subsection{Study of the chaotic iterations described as a real function}
752
753
754 \begin{figure}[t]
755 \begin{center}
756   \subfigure[ICs on the interval $(0,9;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs09a1.pdf}}\quad
757   \subfigure[ICs on the interval $(0,7;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs07a95.pdf}}\\
758   \subfigure[ICs on the interval $(0,5;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs05a1.pdf}}\quad
759   \subfigure[ICs on the interval $(0;1)$]{\includegraphics[scale=.35]{ICs0a1.pdf}}
760 \end{center}
761 \caption{Representation of the chaotic iterations.}
762 \label{fig:ICs}
763 \end{figure}
764
765
766
767
768 \begin{figure}[t]
769 \begin{center}
770   \subfigure[ICs on the interval $(510;514)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs510a514.pdf}}\quad
771   \subfigure[ICs on the interval $(1000;1008)$]{\includegraphics[scale=.35]{ICs1000a1008.pdf}}
772 \end{center}
773 \caption{ICs on small intervals.}
774 \label{fig:ICs2}
775 \end{figure}
776
777 \begin{figure}[t]
778 \begin{center}
779   \subfigure[ICs on the interval $(0;16)$.]{\includegraphics[scale=.3]{ICs0a16.pdf}}\quad
780   \subfigure[ICs on the interval  $(40;70)$.]{\includegraphics[scale=.45]{ICs40a70.pdf}}\quad
781 \end{center}
782 \caption{General aspect of the chaotic iterations.}
783 \label{fig:ICs3}
784 \end{figure}
785
786
787 We have written a Python program to represent the chaotic iterations with the vectorial negation on the real line $\mathds{R}$. Various representations of these CIs are given in Figures \ref{fig:ICs}, \ref{fig:ICs2} and \ref{fig:ICs3}. It can be remarked that the function $g$ is a piecewise linear function: it is linear on each interval having the form $\left[ \dfrac{n}{10}, \dfrac{n+1}{10}\right[$, $n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$ and its slope is equal to 10. Let us justify these claims:
788
789 \begin{proposition}
790 \label{Prop:derivabilite des ICs}
791 Chaotic iterations $g$ defined on $\mathds{R}$ have derivatives of all orders on $\big[ 0, 2^{10} \big[$, except on the 10241 points in $I$ defined by $\left\{ \dfrac{n}{10} ~\big/~ n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10\rrbracket \right\}$.
792
793 Furthermore, on each interval of the form $\left[ \dfrac{n}{10}, \dfrac{n+1}{10}\right[$, with $n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$, $g$ is a linear function, having a slope equal to 10: $\forall x \notin I, g'(x)=10$.
794 \end{proposition}
795
796
797 \begin{proof}
798 Let $I_n = \left[ \dfrac{n}{10}, \dfrac{n+1}{10}\right[$, with $n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$. All the points of $I_n$ have the same integral prat $e$ and the same decimal part $s^0$: on the set $I_n$,  functions $e(x)$ and $x \mapsto s(x)^0$ of Definition \ref{def:e et s} only depend on $n$. So all the images $g(x)$ of these points $x$:
799 \begin{itemize}
800 \item Have the same integral part, which is $e$, except probably the bit number $s^0$. In other words, this integer has approximately the same binary decomposition than $e$, the sole exception being the digit $s^0$ (this number is then either $e+2^{10-s^0}$ or $e-2^{10-s^0}$, depending on the parity of $s^0$, \emph{i.e.}, it is equal to $e+(-1)^{s^0}\times 2^{10-s^0}$).
801 \item A shift to the left has been applied to the decimal part $y$, losing by doing so the common first digit $s^0$. In other words, $y$ has been mapped into $10\times y - s^0$.
802 \end{itemize}
803 To sum up, the action of $g$ on the points of $I$ is as follows: first, make a multiplication by 10, and second, add the same constant to each term, which is $\dfrac{1}{10}\left(e+(-1)^{s^0}\times 2^{10-s^0}\right)-s^0$.
804 \end{proof}
805
806 \begin{remark}
807 Finally, chaotic iterations are elements of the large family of functions that are both chaotic and piecewise linear (like the tent map).
808 \end{remark}
809
810
811
812 \subsection{Comparison of the two metrics on $\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[$}
813
814 The two propositions bellow allow to compare our two distances on $\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[$:
815
816 \begin{proposition}
817 Id: $\left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[,\Delta~\right) \to \left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[, D~\right)$ is not continuous. 
818 \end{proposition}
819
820 \begin{proof}
821 The sequence $x^n = 1,999\hdots 999$ constituted by $n$ 9 as decimal part, is such that:
822 \begin{itemize}
823 \item $\Delta (x^n,2) \to 0.$
824 \item But $D(x^n,2) \geqslant 1$, then $D(x^n,2)$ does not converge to 0.
825 \end{itemize}
826
827 The sequential characterization of the continuity concludes the demonstration.
828 \end{proof}
829
830
831
832 A contrario:
833
834 \begin{proposition}
835 Id: $\left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[,D~\right) \to \left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[, \Delta ~\right)$ is a continuous fonction. 
836 \end{proposition}
837
838 \begin{proof}
839 If $D(x^n,x) \to 0$, then $D_e(x^n,x) = 0$ at least for $n$ larger than a given threshold, because $D_e$ only returns integers. So, after this threshold, the integral parts of all the $x^n$ are equal to the integral part of $x$. 
840
841 Additionally, $D_s(x^n, x) \to 0$, then $\forall k \in \mathds{N}^*, \exists N_k \in \mathds{N}, n \geqslant N_k \Rightarrow D_s(x^n,x) \leqslant 10^{-k}$. This means that for all $k$, an index $N_k$ can be found such that, $\forall n \geqslant N_k$, all the $x^n$ have the same $k$ firsts digits, which are the digits of $x$. We can deduce the convergence $\Delta(x^n,x) \to 0$, and thus the result.
842 \end{proof}
843
844 The conclusion of these propositions is that the proposed metric is more precise than the Euclidian distance, that is:
845
846 \begin{corollary}
847 $D$ is finer than the Euclidian distance $\Delta$.
848 \end{corollary}
849
850 This corollary can be reformulated as follows:
851
852 \begin{itemize}
853 \item The topology produced by $\Delta$ is a subset of the topology produced by $D$.
854 \item $D$ has more open sets than $\Delta$.
855 \item It is harder to converge for the topology $\tau_D$ inherited by $D$, than to converge with the one inherited by $\Delta$, which is denoted here by $\tau_\Delta$.
856 \end{itemize}
857
858
859 \subsection{Chaos of the chaotic iterations on $\mathds{R}$}
860 \label{chpt:Chaos des itérations chaotiques sur R}
861
862
863
864 \subsubsection{Chaos according to Devaney}
865
866 We have recalled previously that the chaotic iterations $\left(\Go, \mathcal{X}_d\right)$ are chaotic according to the formulation of Devaney. We can deduce that they are chaotic on $\mathds{R}$ too, when considering the order topology, because:
867 \begin{itemize}
868 \item $\left(\Go, \mathcal{X}_d\right)$ and $\left(g, \big[ 0, 2^{10} \big[_D\right)$ are semiconjugate by $\varphi$,
869 \item Then $\left(g, \big[ 0, 2^{10} \big[_D\right)$ is a system chaotic according to Devaney, because the semiconjugacy preserve this character.
870 \item But the topology generated by $D$ is finer than the topology generated by the Euclidian distance $\Delta$ -- which is the order topology.
871 \item According to Theorem \ref{Th:chaos et finesse}, we can deduce that the chaotic iterations $g$ are indeed chaotic, as defined by Devaney, for the order topology on $\mathds{R}$.
872 \end{itemize}
873
874 This result can be formulated as follows.
875
876 \begin{theorem}
877 \label{th:IC et topologie de l'ordre}
878 The chaotic iterations $g$ on $\mathds{R}$ are chaotic according to the Devaney's formulation, when $\mathds{R}$ has his usual topology, which is the order topology.
879 \end{theorem}
880
881 Indeed this result is weaker than the theorem establishing the chaos for the finer topology $d$. However the Theorem \ref{th:IC et topologie de l'ordre} still remains important. Indeed, we have studied in our previous works a set different from the usual set of study ($\mathcal{X}$ instead of $\mathds{R}$), in order to be as close as possible from the computer: the properties of disorder proved theoretically will then be preserved when computing. However, we could wonder whether this change does not lead to a disorder of a lower quality. In other words, have we replaced a situation of a good disorder lost when computing, to another situation of a disorder preserved but of bad quality. Theorem \ref{th:IC et topologie de l'ordre} prove exactly the contrary.
882  
883
884
885
886
887
888
889
890 \section{Conclusion}
891 \bibliographystyle{plain}
892 \bibliography{mabase}
893 \end{document}