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

Private GIT Repository
Un peu de blabla sur l'algorithme
[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 Bumbers based on Chaotic Iterations
38 on GPU}
39 \begin{document}
40
41 \author{Jacques M. Bahi, Rapha\"{e}l Couturier, and Christophe
42 Guyeux\thanks{Authors in alphabetic order}}
43
44 \maketitle
45
46 \begin{abstract}
47 This is the abstract
48 \end{abstract}
49
50 \section{Introduction}
51
52 Interet des itérations chaotiques pour générer des nombre alea\\
53 Interet de générer des nombres alea sur GPU
54 \alert{RC, un petit state-of-the-art sur les PRNGs sur GPU ?}
55 ...
56
57
58 \section{Basic Recalls}
59 \label{section:BASIC RECALLS}
60 This section is devoted to basic definitions and terminologies in the fields of
61 topological chaos and chaotic iterations.
62 \subsection{Devaney's Chaotic Dynamical Systems}
63
64 In the sequel $S^{n}$ denotes the $n^{th}$ term of a sequence $S$ and $V_{i}$
65 denotes the $i^{th}$ component of a vector $V$. $f^{k}=f\circ ...\circ f$
66 is for the $k^{th}$ composition of a function $f$. Finally, the following
67 notation is used: $\llbracket1;N\rrbracket=\{1,2,\hdots,N\}$.
68
69
70 Consider a topological space $(\mathcal{X},\tau)$ and a continuous function $f :
71 \mathcal{X} \rightarrow \mathcal{X}$.
72
73 \begin{definition}
74 $f$ is said to be \emph{topologically transitive} if, for any pair of open sets
75 $U,V \subset \mathcal{X}$, there exists $k>0$ such that $f^k(U) \cap V \neq
76 \varnothing$.
77 \end{definition}
78
79 \begin{definition}
80 An element $x$ is a \emph{periodic point} for $f$ of period $n\in \mathds{N}^*$
81 if $f^{n}(x)=x$.% The set of periodic points of $f$ is denoted $Per(f).$
82 \end{definition}
83
84 \begin{definition}
85 $f$ is said to be \emph{regular} on $(\mathcal{X}, \tau)$ if the set of periodic
86 points for $f$ is dense in $\mathcal{X}$: for any point $x$ in $\mathcal{X}$,
87 any neighborhood of $x$ contains at least one periodic point (without
88 necessarily the same period).
89 \end{definition}
90
91
92 \begin{definition}[Devaney's formulation of chaos~\cite{Devaney}]
93 $f$ is said to be \emph{chaotic} on $(\mathcal{X},\tau)$ if $f$ is regular and
94 topologically transitive.
95 \end{definition}
96
97 The chaos property is strongly linked to the notion of ``sensitivity'', defined
98 on a metric space $(\mathcal{X},d)$ by:
99
100 \begin{definition}
101 \label{sensitivity} $f$ has \emph{sensitive dependence on initial conditions}
102 if there exists $\delta >0$ such that, for any $x\in \mathcal{X}$ and any
103 neighborhood $V$ of $x$, there exist $y\in V$ and $n > 0$ such that
104 $d\left(f^{n}(x), f^{n}(y)\right) >\delta $.
105
106 $\delta$ is called the \emph{constant of sensitivity} of $f$.
107 \end{definition}
108
109 Indeed, Banks \emph{et al.} have proven in~\cite{Banks92} that when $f$ is
110 chaotic and $(\mathcal{X}, d)$ is a metric space, then $f$ has the property of
111 sensitive dependence on initial conditions (this property was formerly an
112 element of the definition of chaos). To sum up, quoting Devaney
113 in~\cite{Devaney}, a chaotic dynamical system ``is unpredictable because of the
114 sensitive dependence on initial conditions. It cannot be broken down or
115 simplified into two subsystems which do not interact because of topological
116 transitivity. And in the midst of this random behavior, we nevertheless have an
117 element of regularity''. Fundamentally different behaviors are consequently
118 possible and occur in an unpredictable way.
119
120
121
122 \subsection{Chaotic Iterations}
123 \label{sec:chaotic iterations}
124
125
126 Let us consider  a \emph{system} with a finite  number $\mathsf{N} \in
127 \mathds{N}^*$ of elements  (or \emph{cells}), so that each  cell has a
128 Boolean  \emph{state}. Having $\mathsf{N}$ Boolean values for these
129  cells  leads to the definition of a particular \emph{state  of the
130 system}. A sequence which  elements belong to $\llbracket 1;\mathsf{N}
131 \rrbracket $ is called a \emph{strategy}. The set of all strategies is
132 denoted by $\llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N}.$
133
134 \begin{definition}
135 \label{Def:chaotic iterations}
136 The      set       $\mathds{B}$      denoting      $\{0,1\}$,      let
137 $f:\mathds{B}^{\mathsf{N}}\longrightarrow  \mathds{B}^{\mathsf{N}}$ be
138 a  function  and  $S\in  \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N}$  be  a  ``strategy''.  The  so-called
139 \emph{chaotic      iterations}     are     defined      by     $x^0\in
140 \mathds{B}^{\mathsf{N}}$ and
141 \begin{equation}
142 \forall    n\in     \mathds{N}^{\ast     },    \forall     i\in
143 \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket ,x_i^n=\left\{
144 \begin{array}{ll}
145   x_i^{n-1} &  \text{ if  }S^n\neq i \\
146   \left(f(x^{n-1})\right)_{S^n} & \text{ if }S^n=i.
147 \end{array}\right.
148 \end{equation}
149 \end{definition}
150
151 In other words, at the $n^{th}$ iteration, only the $S^{n}-$th cell is
152 \textquotedblleft  iterated\textquotedblright .  Note  that in  a more
153 general  formulation,  $S^n$  can   be  a  subset  of  components  and
154 $\left(f(x^{n-1})\right)_{S^{n}}$      can     be      replaced     by
155 $\left(f(x^{k})\right)_{S^{n}}$, where  $k<n$, describing for example,
156 delays  transmission~\cite{Robert1986,guyeux10}.  Finally,  let us  remark that
157 the term  ``chaotic'', in  the name of  these iterations,  has \emph{a
158 priori} no link with the mathematical theory of chaos, presented above.
159
160
161 Let us now recall how to define a suitable metric space where chaotic iterations
162 are continuous. For further explanations, see, e.g., \cite{guyeux10}.
163
164 Let $\delta $ be the \emph{discrete Boolean metric}, $\delta
165 (x,y)=0\Leftrightarrow x=y.$ Given a function $f$, define the function:
166 \begin{equation}
167 \begin{array}{lrll}
168 F_{f}: & \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket\times \mathds{B}^{\mathsf{N}} &
169 \longrightarrow & \mathds{B}^{\mathsf{N}} \\
170 & (k,E) & \longmapsto & \left( E_{j}.\delta (k,j)+f(E)_{k}.\overline{\delta
171 (k,j)}\right) _{j\in \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket},%
172 \end{array}%
173 \end{equation}%
174 \noindent where + and . are the Boolean addition and product operations.
175 Consider the phase space:
176 \begin{equation}
177 \mathcal{X} = \llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N} \times
178 \mathds{B}^\mathsf{N},
179 \end{equation}
180 \noindent and the map defined on $\mathcal{X}$:
181 \begin{equation}
182 G_f\left(S,E\right) = \left(\sigma(S), F_f(i(S),E)\right), \label{Gf}
183 \end{equation}
184 \noindent where $\sigma$ is the \emph{shift} function defined by $\sigma
185 (S^{n})_{n\in \mathds{N}}\in \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N}\longrightarrow (S^{n+1})_{n\in
186 \mathds{N}}\in \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N}$ and $i$ is the \emph{initial function} 
187 $i:(S^{n})_{n\in \mathds{N}} \in \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket^\mathds{N}\longrightarrow S^{0}\in \llbracket
188 1;\mathsf{N}\rrbracket$. Then the chaotic iterations proposed in
189 Definition \ref{Def:chaotic iterations} can be described by the following iterations:
190 \begin{equation}
191 \left\{
192 \begin{array}{l}
193 X^0 \in \mathcal{X} \\
194 X^{k+1}=G_{f}(X^k).%
195 \end{array}%
196 \right.
197 \end{equation}%
198
199 With this formulation, a shift function appears as a component of chaotic
200 iterations. The shift function is a famous example of a chaotic
201 map~\cite{Devaney} but its presence is not sufficient enough to claim $G_f$ as
202 chaotic. 
203 To study this claim, a new distance between two points $X = (S,E), Y =
204 (\check{S},\check{E})\in
205 \mathcal{X}$ has been introduced in \cite{guyeux10} as follows:
206 \begin{equation}
207 d(X,Y)=d_{e}(E,\check{E})+d_{s}(S,\check{S}),
208 \end{equation}
209 \noindent where
210 \begin{equation}
211 \left\{
212 \begin{array}{lll}
213 \displaystyle{d_{e}(E,\check{E})} & = & \displaystyle{\sum_{k=1}^{\mathsf{N}%
214 }\delta (E_{k},\check{E}_{k})}, \\
215 \displaystyle{d_{s}(S,\check{S})} & = & \displaystyle{\dfrac{9}{\mathsf{N}}%
216 \sum_{k=1}^{\infty }\dfrac{|S^k-\check{S}^k|}{10^{k}}}.%
217 \end{array}%
218 \right.
219 \end{equation}
220
221
222 This new distance has been introduced to satisfy the following requirements.
223 \begin{itemize}
224 \item When the number of different cells between two systems is increasing, then
225 their distance should increase too.
226 \item In addition, if two systems present the same cells and their respective
227 strategies start with the same terms, then the distance between these two points
228 must be small because the evolution of the two systems will be the same for a
229 while. Indeed, the two dynamical systems start with the same initial condition,
230 use the same update function, and as strategies are the same for a while, then
231 components that are updated are the same too.
232 \end{itemize}
233 The distance presented above follows these recommendations. Indeed, if the floor
234 value $\lfloor d(X,Y)\rfloor $ is equal to $n$, then the systems $E, \check{E}$
235 differ in $n$ cells ($d_e$ is indeed the Hamming distance). In addition, $d(X,Y) - \lfloor d(X,Y) \rfloor $ is a
236 measure of the differences between strategies $S$ and $\check{S}$. More
237 precisely, this floating part is less than $10^{-k}$ if and only if the first
238 $k$ terms of the two strategies are equal. Moreover, if the $k^{th}$ digit is
239 nonzero, then the $k^{th}$ terms of the two strategies are different.
240 The impact of this choice for a distance will be investigate at the end of the document.
241
242 Finally, it has been established in \cite{guyeux10} that,
243
244 \begin{proposition}
245 Let $f$ be a map from $\mathds{B}^\mathsf{N}$ to itself. Then $G_{f}$ is continuous in
246 the metric space $(\mathcal{X},d)$.
247 \end{proposition}
248
249 The chaotic property of $G_f$ has been firstly established for the vectorial
250 Boolean negation $f(x_1,\hdots, x_\mathsf{N}) =  (\overline{x_1},\hdots, \overline{x_\mathsf{N}})$ \cite{guyeux10}. To obtain a characterization, we have secondly
251 introduced the notion of asynchronous iteration graph recalled bellow.
252
253 Let $f$ be a map from $\mathds{B}^\mathsf{N}$ to itself. The
254 {\emph{asynchronous iteration graph}} associated with $f$ is the
255 directed graph $\Gamma(f)$ defined by: the set of vertices is
256 $\mathds{B}^\mathsf{N}$; for all $x\in\mathds{B}^\mathsf{N}$ and 
257 $i\in \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket$,
258 the graph $\Gamma(f)$ contains an arc from $x$ to $F_f(i,x)$. 
259 The relation between $\Gamma(f)$ and $G_f$ is clear: there exists a
260 path from $x$ to $x'$ in $\Gamma(f)$ if and only if there exists a
261 strategy $s$ such that the parallel iteration of $G_f$ from the
262 initial point $(s,x)$ reaches the point $x'$.
263
264 We have finally proven in \cite{bcgr11:ip} that,
265
266
267 \begin{theorem}
268 \label{Th:Caractérisation   des   IC   chaotiques}  
269 Let $f:\mathds{B}^\mathsf{N}\to\mathds{B}^\mathsf{N}$. $G_f$ is chaotic  (according to  Devaney) 
270 if and only if $\Gamma(f)$ is strongly connected.
271 \end{theorem}
272
273 This result of chaos has lead us to study the possibility to build a
274 pseudo-random number generator (PRNG) based on the chaotic iterations. 
275 As $G_f$, defined on the domain   $\llbracket 1 ;  \mathsf{N} \rrbracket^{\mathds{N}} 
276 \times \mathds{B}^\mathsf{N}$, is build from Boolean networks $f : \mathds{B}^\mathsf{N}
277 \rightarrow \mathds{B}^\mathsf{N}$, we can preserve the theoretical properties on $G_f$
278 during implementations (due to the discrete nature of $f$). It is as if
279 $\mathds{B}^\mathsf{N}$ represents the memory of the computer whereas $\llbracket 1 ;  \mathsf{N}
280 \rrbracket^{\mathds{N}}$ is its input stream (the seeds, for instance).
281
282 \section{Application to Pseudo-Randomness}
283
284 \subsection{A First Pseudo-Random Number Generator}
285
286 We have proposed in~\cite{bgw09:ip} a new family of generators that receives 
287 two PRNGs as inputs. These two generators are mixed with chaotic iterations, 
288 leading thus to a new PRNG that improves the statistical properties of each
289 generator taken alone. Furthermore, our generator 
290 possesses various chaos properties that none of the generators used as input
291 present.
292
293 \begin{algorithm}[h!]
294 %\begin{scriptsize}
295 \KwIn{a function $f$, an iteration number $b$, an initial configuration $x^0$
296 ($n$ bits)}
297 \KwOut{a configuration $x$ ($n$ bits)}
298 $x\leftarrow x^0$\;
299 $k\leftarrow b + \textit{XORshift}(b)$\;
300 \For{$i=0,\dots,k$}
301 {
302 $s\leftarrow{\textit{XORshift}(n)}$\;
303 $x\leftarrow{F_f(s,x)}$\;
304 }
305 return $x$\;
306 %\end{scriptsize}
307 \caption{PRNG with chaotic functions}
308 \label{CI Algorithm}
309 \end{algorithm}
310
311 \begin{algorithm}[h!]
312 \KwIn{the internal configuration $z$ (a 32-bit word)}
313 \KwOut{$y$ (a 32-bit word)}
314 $z\leftarrow{z\oplus{(z\ll13)}}$\;
315 $z\leftarrow{z\oplus{(z\gg17)}}$\;
316 $z\leftarrow{z\oplus{(z\ll5)}}$\;
317 $y\leftarrow{z}$\;
318 return $y$\;
319 \medskip
320 \caption{An arbitrary round of \textit{XORshift} algorithm}
321 \label{XORshift}
322 \end{algorithm}
323
324
325
326
327
328 This generator is synthesized in Algorithm~\ref{CI Algorithm}.
329 It takes as input: a function $f$;
330 an integer $b$, ensuring that the number of executed iterations is at least $b$
331 and at most $2b+1$; and an initial configuration $x^0$.
332 It returns the new generated configuration $x$.  Internally, it embeds two
333 \textit{XORshift}$(k)$ PRNGs \cite{Marsaglia2003} that returns integers
334 uniformly distributed
335 into $\llbracket 1 ; k \rrbracket$.
336 \textit{XORshift} is a category of very fast PRNGs designed by George Marsaglia,
337 which repeatedly uses the transform of exclusive or (XOR, $\oplus$) on a number
338 with a bit shifted version of it. This PRNG, which has a period of
339 $2^{32}-1=4.29\times10^9$, is summed up in Algorithm~\ref{XORshift}. It is used
340 in our PRNG to compute the strategy length and the strategy elements.
341
342
343 We have proven in \cite{bcgr11:ip} that,
344 \begin{theorem}
345   Let $f: \mathds{B}^{n} \rightarrow \mathds{B}^{n}$, $\Gamma(f)$ its
346   iteration graph, $\check{M}$ its adjacency
347   matrix and $M$ a $n\times n$ matrix defined as in the previous lemma.
348   If $\Gamma(f)$ is strongly connected, then 
349   the output of the PRNG detailed in Algorithm~\ref{CI Algorithm} follows 
350   a law that tends to the uniform distribution 
351   if and only if $M$ is a double stochastic matrix.
352 \end{theorem} 
353
354 This former generator as successively passed various batteries of statistical tests, as the NIST tests~\cite{bcgr11:ip}.
355
356 \subsection{Improving the Speed of the Former Generator}
357
358 Instead of updating only one cell at each iteration, we can try to choose a
359 subset of components and to update them together. Such an attempt leads
360 to a kind of merger of the two sequences used in Algorithm 
361 \ref{CI Algorithm}. When the updating function is the vectorial negation,
362 this algorithm can be rewritten as follows:
363
364 \begin{equation}
365 \left\{
366 \begin{array}{l}
367 x^0 \in \llbracket 0, 2^\mathsf{N}-1 \rrbracket, S \in \llbracket 0, 2^\mathsf{N}-1 \rrbracket^\mathds{N} \\
368 \forall n \in \mathds{N}^*, x^n = x^{n-1} \oplus S^n,
369 \end{array}
370 \right.
371 \label{equation Oplus}
372 \end{equation}
373 where $\oplus$ is for the bitwise exclusive or between two integers. 
374 This rewritten can be understood as follows. The $n-$th term $S^n$ of the
375 sequence $S$, which is an integer of $\mathsf{N}$ binary digits, presents
376 the list of cells to update in the state $x^n$ of the system (represented
377 as an integer having $\mathsf{N}$ bits too). More precisely, the $k-$th 
378 component of this state (a binary digit) changes if and only if the $k-$th 
379 digit in the binary decomposition of $S^n$ is 1.
380
381 The single basic component presented in Eq.~\ref{equation Oplus} is of 
382 ordinary use as a good elementary brick in various PRNGs. It corresponds
383 to the following discrete dynamical system in chaotic iterations:
384
385 \begin{equation}
386 \forall    n\in     \mathds{N}^{\ast     },    \forall     i\in
387 \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket ,x_i^n=\left\{
388 \begin{array}{ll}
389   x_i^{n-1} &  \text{ if  } i \notin \mathcal{S}^n \\
390   \left(f(x^{n-1})\right)_{S^n} & \text{ if }i \in \mathcal{S}^n.
391 \end{array}\right.
392 \label{eq:generalIC}
393 \end{equation}
394 where $f$ is the vectorial negation and $\forall n \in \mathds{N}$, 
395 $\mathcal{S}^n \subset \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket$ is such that
396 $k \in \mathcal{S}^n$ if and only if the $k-$th digit in the binary
397 decomposition of $S^n$ is 1. Such chaotic iterations are more general
398 than the ones presented in Definition \ref{Def:chaotic iterations} for 
399 the fact that, instead of updating only one term at each iteration,
400 we select a subset of components to change.
401
402
403 Obviously, replacing Algorithm~\ref{CI Algorithm} by 
404 Equation~\ref{equation Oplus}, possible when the iteration function is
405 the vectorial negation, leads to a speed improvement. However, proofs
406 of chaos obtained in~\cite{bg10:ij} have been established
407 only for chaotic iterations of the form presented in Definition 
408 \ref{Def:chaotic iterations}. The question is now to determine whether the
409 use of more general chaotic iterations to generate pseudo-random numbers 
410 faster, does not deflate their topological chaos properties.
411
412 \subsection{Proofs of Chaos of the General Formulation of the Chaotic Iterations}
413
414 Let us consider the discrete dynamical systems in chaotic iterations having 
415 the general form:
416
417 \begin{equation}
418 \forall    n\in     \mathds{N}^{\ast     },    \forall     i\in
419 \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket ,x_i^n=\left\{
420 \begin{array}{ll}
421   x_i^{n-1} &  \text{ if  } i \notin \mathcal{S}^n \\
422   \left(f(x^{n-1})\right)_{S^n} & \text{ if }i \in \mathcal{S}^n.
423 \end{array}\right.
424 \label{general CIs}
425 \end{equation}
426
427 In other words, at the $n^{th}$ iteration, only the cells whose id is
428 contained into the set $S^{n}$ are iterated.
429
430 Let us now rewrite these general chaotic iterations as usual discrete dynamical
431 system of the form $X^{n+1}=f(X^n)$ on an ad hoc metric space. Such a formulation
432 is required in order to study the topological behavior of the system.
433
434 Let us introduce the following function:
435 \begin{equation}
436 \begin{array}{cccc}
437  \chi: & \llbracket 1; \mathsf{N} \rrbracket \times \mathcal{P}\left(\llbracket 1; \mathsf{N} \rrbracket\right) & \longrightarrow & \mathds{B}\\
438          & (i,X) & \longmapsto  & \left\{ \begin{array}{ll} 0 & \textrm{if }i \notin X, \\ 1 & \textrm{if }i \in X,  \end{array}\right.
439 \end{array} 
440 \end{equation}
441 where $\mathcal{P}\left(X\right)$ is for the powerset of the set $X$, that is, $Y \in \mathcal{P}\left(X\right) \Longleftrightarrow Y \subset X$.
442
443 Given a function $f:\mathds{B}^\mathsf{N} \longrightarrow \mathds{B}^\mathsf{N} $, define the function:
444 \begin{equation}
445 \begin{array}{lrll}
446 F_{f}: & \mathcal{P}\left(\llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket \right) \times \mathds{B}^{\mathsf{N}} &
447 \longrightarrow & \mathds{B}^{\mathsf{N}} \\
448 & (P,E) & \longmapsto & \left( E_{j}.\chi (j,P)+f(E)_{j}.\overline{\chi
449 (j,P)}\right) _{j\in \llbracket1;\mathsf{N}\rrbracket},%
450 \end{array}%
451 \end{equation}%
452 where + and . are the Boolean addition and product operations, and $\overline{x}$ 
453 is the negation of the Boolean $x$.
454 Consider the phase space:
455 \begin{equation}
456 \mathcal{X} = \mathcal{P}\left(\llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket\right)^\mathds{N} \times
457 \mathds{B}^\mathsf{N},
458 \end{equation}
459 \noindent and the map defined on $\mathcal{X}$:
460 \begin{equation}
461 G_f\left(S,E\right) = \left(\sigma(S), F_f(i(S),E)\right), \label{Gf}
462 \end{equation}
463 \noindent where $\sigma$ is the \emph{shift} function defined by $\sigma
464 (S^{n})_{n\in \mathds{N}}\in \mathcal{P}\left(\llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket\right)^\mathds{N}\longrightarrow (S^{n+1})_{n\in
465 \mathds{N}}\in \mathcal{P}\left(\llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket\right)^\mathds{N}$ and $i$ is the \emph{initial function} 
466 $i:(S^{n})_{n\in \mathds{N}} \in \mathcal{P}\left(\llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket\right)^\mathds{N}\longrightarrow S^{0}\in \mathcal{P}\left(\llbracket 1 ; \mathsf{N} \rrbracket\right)$. 
467 Then the general chaotic iterations defined in Equation \ref{general CIs} can 
468 be described by the following discrete dynamical system:
469 \begin{equation}
470 \left\{
471 \begin{array}{l}
472 X^0 \in \mathcal{X} \\
473 X^{k+1}=G_{f}(X^k).%
474 \end{array}%
475 \right.
476 \end{equation}%
477
478 Another time, a shift function appears as a component of these general chaotic 
479 iterations. 
480
481 To study the Devaney's chaos property, a distance between two points 
482 $X = (S,E), Y = (\check{S},\check{E})$ of $\mathcal{X}$ must be defined.
483 Let us introduce:
484 \begin{equation}
485 d(X,Y)=d_{e}(E,\check{E})+d_{s}(S,\check{S}),
486 \label{nouveau d}
487 \end{equation}
488 \noindent where
489 \begin{equation}
490 \left\{
491 \begin{array}{lll}
492 \displaystyle{d_{e}(E,\check{E})} & = & \displaystyle{\sum_{k=1}^{\mathsf{N}%
493 }\delta (E_{k},\check{E}_{k})}\textrm{ is another time the Hamming distance}, \\
494 \displaystyle{d_{s}(S,\check{S})} & = & \displaystyle{\dfrac{9}{\mathsf{N}}%
495 \sum_{k=1}^{\infty }\dfrac{|S^k\Delta {S}^k|}{10^{k}}}.%
496 \end{array}%
497 \right.
498 \end{equation}
499 where $|X|$ is the cardinality of a set $X$ and $A\Delta B$ is for the symmetric difference, defined for sets A, B as
500 $A\,\Delta\,B = (A \setminus B) \cup (B \setminus A)$.
501
502
503 \begin{proposition}
504 The function $d$ defined in Eq.~\ref{nouveau d} is a metric on $\mathcal{X}$.
505 \end{proposition}
506
507 \begin{proof}
508  $d_e$ is the Hamming distance. We will prove that $d_s$ is a distance
509 too, thus $d$ will be a distance as sum of two distances.
510  \begin{itemize}
511 \item Obviously, $d_s(S,\check{S})\geqslant 0$, and if $S=\check{S}$, then 
512 $d_s(S,\check{S})=0$. Conversely, if $d_s(S,\check{S})=0$, then 
513 $\forall k \in \mathds{N}, |S^k\Delta {S}^k|=0$, and so $\forall k, S^k=\check{S}^k$.
514  \item $d_s$ is symmetric 
515 ($d_s(S,\check{S})=d_s(\check{S},S)$) due to the commutative property
516 of the symmetric difference. 
517 \item Finally, $|S \Delta S''| = |(S \Delta \varnothing) \Delta S''|= |S \Delta (S'\Delta S') \Delta S''|= |(S \Delta S') \Delta (S' \Delta S'')|\leqslant |S \Delta S'| + |S' \Delta S''|$, 
518 and so for all subsets $S,S',$ and $S''$ of $\llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket$, 
519 we have $d_s(S,S'') \leqslant d_e(S,S')+d_s(S',S'')$, and the triangle
520 inequality is obtained.
521  \end{itemize}
522 \end{proof}
523
524
525 Before being able to study the topological behavior of the general 
526 chaotic iterations, we must firstly establish that:
527
528 \begin{proposition}
529  For all $f:\mathds{B}^\mathsf{N} \longrightarrow \mathds{B}^\mathsf{N} $, the function $G_f$ is continuous on 
530 $\left( \mathcal{X},d\right)$.
531 \end{proposition}
532
533
534 \begin{proof}
535 We use the sequential continuity.
536 Let $(S^n,E^n)_{n\in \mathds{N}}$ be a sequence of the phase space $%
537 \mathcal{X}$, which converges to $(S,E)$. We will prove that $\left(
538 G_{f}(S^n,E^n)\right) _{n\in \mathds{N}}$ converges to $\left(
539 G_{f}(S,E)\right) $. Let us remark that for all $n$, $S^n$ is a strategy,
540 thus, we consider a sequence of strategies (\emph{i.e.}, a sequence of
541 sequences).\newline
542 As $d((S^n,E^n);(S,E))$ converges to 0, each distance $d_{e}(E^n,E)$ and $d_{s}(S^n,S)$ converges
543 to 0. But $d_{e}(E^n,E)$ is an integer, so $\exists n_{0}\in \mathds{N},$ $%
544 d_{e}(E^n,E)=0$ for any $n\geqslant n_{0}$.\newline
545 In other words, there exists a threshold $n_{0}\in \mathds{N}$ after which no
546 cell will change its state:
547 $\exists n_{0}\in \mathds{N},n\geqslant n_{0}\Rightarrow E^n = E.$
548
549 In addition, $d_{s}(S^n,S)\longrightarrow 0,$ so $\exists n_{1}\in %
550 \mathds{N},d_{s}(S^n,S)<10^{-1}$ for all indexes greater than or equal to $%
551 n_{1}$. This means that for $n\geqslant n_{1}$, all the $S^n$ have the same
552 first term, which is $S^0$: $\forall n\geqslant n_{1},S_0^n=S_0.$
553
554 Thus, after the $max(n_{0},n_{1})^{th}$ term, states of $E^n$ and $E$ are
555 identical and strategies $S^n$ and $S$ start with the same first term.\newline
556 Consequently, states of $G_{f}(S^n,E^n)$ and $G_{f}(S,E)$ are equal,
557 so, after the $max(n_0, n_1)^{th}$ term, the distance $d$ between these two points is strictly less than 1.\newline
558 \noindent We now prove that the distance between $\left(
559 G_{f}(S^n,E^n)\right) $ and $\left( G_{f}(S,E)\right) $ is convergent to
560 0. Let $\varepsilon >0$. \medskip
561 \begin{itemize}
562 \item If $\varepsilon \geqslant 1$, we see that distance
563 between $\left( G_{f}(S^n,E^n)\right) $ and $\left( G_{f}(S,E)\right) $ is
564 strictly less than 1 after the $max(n_{0},n_{1})^{th}$ term (same state).
565 \medskip
566 \item If $\varepsilon <1$, then $\exists k\in \mathds{N},10^{-k}\geqslant
567 \varepsilon > 10^{-(k+1)}$. But $d_{s}(S^n,S)$ converges to 0, so
568 \begin{equation*}
569 \exists n_{2}\in \mathds{N},\forall n\geqslant
570 n_{2},d_{s}(S^n,S)<10^{-(k+2)},
571 \end{equation*}%
572 thus after $n_{2}$, the $k+2$ first terms of $S^n$ and $S$ are equal.
573 \end{itemize}
574 \noindent As a consequence, the $k+1$ first entries of the strategies of $%
575 G_{f}(S^n,E^n)$ and $G_{f}(S,E)$ are the same ($G_{f}$ is a shift of strategies) and due to the definition of $d_{s}$, the floating part of
576 the distance between $(S^n,E^n)$ and $(S,E)$ is strictly less than $%
577 10^{-(k+1)}\leqslant \varepsilon $.\bigskip \newline
578 In conclusion,
579 $$
580 \forall \varepsilon >0,\exists N_{0}=max(n_{0},n_{1},n_{2})\in \mathds{N}%
581 ,\forall n\geqslant N_{0},
582  d\left( G_{f}(S^n,E^n);G_{f}(S,E)\right)
583 \leqslant \varepsilon .
584 $$
585 $G_{f}$ is consequently continuous.
586 \end{proof}
587
588
589 It is now possible to study the topological behavior of the general chaotic
590 iterations. We will prove that,
591
592 \begin{theorem}
593 \label{t:chaos des general}
594  The general chaotic iterations defined on Equation~\ref{general CIs} satisfy
595 the Devaney's property of chaos.
596 \end{theorem}
597
598 Let us firstly prove the following lemma.
599
600 \begin{lemma}[Strong transitivity]
601 \label{strongTrans}
602  For all couples $X,Y \in \mathcal{X}$ and any neighborhood $V$ of $X$, we can 
603 find $n \in \mathds{N}^*$ and $X' \in V$ such that $G^n(X')=Y$.
604 \end{lemma}
605
606 \begin{proof}
607  Let $X=(S,E)$, $\varepsilon>0$, and $k_0 = \lfloor log_{10}(\varepsilon)+1 \rfloor$. 
608 Any point $X'=(S',E')$ such that $E'=E$ and $\forall k \leqslant k_0, S'^k=S^k$, 
609 are in the open ball $\mathcal{B}\left(X,\varepsilon\right)$. Let us define 
610 $\check{X} = \left(\check{S},\check{E}\right)$, where $\check{X}= G^{k_0}(X)$.
611 We denote by $s\subset \llbracket 1; \mathsf{N} \rrbracket$ the set of coordinates
612 that are different between $\check{E}$ and the state of $Y$. Thus each point $X'$ of
613 the form $(S',E')$ where $E'=E$ and $S'$ starts with 
614 $(S^0, S^1, \hdots, S^{k_0},s,\hdots)$, verifies the following properties:
615 \begin{itemize}
616  \item $X'$ is in $\mathcal{B}\left(X,\varepsilon\right)$,
617  \item the state of $G_f^{k_0+1}(X')$ is the state of $Y$.
618 \end{itemize}
619 Finally the point $\left(\left(S^0, S^1, \hdots, S^{k_0},s,s^0, s^1, \hdots\right); E\right)$, 
620 where $(s^0,s^1, \hdots)$ is the strategy of $Y$, satisfies the properties
621 claimed in the lemma.
622 \end{proof}
623
624 We can now prove the Theorem~\ref{t:chaos des general}...
625
626 \begin{proof}[Theorem~\ref{t:chaos des general}]
627 Firstly, strong transitivity implies transitivity.
628
629 Let $(S,E) \in\mathcal{X}$ and $\varepsilon >0$. To
630 prove that $G_f$ is regular, it is sufficient to prove that
631 there exists a strategy $\tilde S$ such that the distance between
632 $(\tilde S,E)$ and $(S,E)$ is less than $\varepsilon$, and such that
633 $(\tilde S,E)$ is a periodic point.
634
635 Let $t_1=\lfloor-\log_{10}(\varepsilon)\rfloor$, and let $E'$ be the
636 configuration that we obtain from $(S,E)$ after $t_1$ iterations of
637 $G_f$. As $G_f$ is strongly transitive, there exists a strategy $S'$ 
638 and $t_2\in\mathds{N}$ such
639 that $E$ is reached from $(S',E')$ after $t_2$ iterations of $G_f$.
640
641 Consider the strategy $\tilde S$ that alternates the first $t_1$ terms
642 of $S$ and the first $t_2$ terms of $S'$: $$\tilde
643 S=(S_0,\dots,S_{t_1-1},S'_0,\dots,S'_{t_2-1},S_0,\dots,S_{t_1-1},S'_0,\dots,S'_{t_2-1},S_0,\dots).$$ It
644 is clear that $(\tilde S,E)$ is obtained from $(\tilde S,E)$ after
645 $t_1+t_2$ iterations of $G_f$. So $(\tilde S,E)$ is a periodic
646 point. Since $\tilde S_t=S_t$ for $t<t_1$, by the choice of $t_1$, we
647 have $d((S,E),(\tilde S,E))<\epsilon$.
648 \end{proof}
649
650
651
652 \section{Efficient PRNG based on Chaotic Iterations}
653
654 In  order to  implement efficiently  a PRNG  based on  chaotic iterations  it is
655 possible to improve  previous works [ref]. One solution  consists in considering
656 that the  strategy used contains all the  bits for which the  negation is
657 achieved out. Then in order to apply  the negation on these bits we can simply
658 apply the  xor operator between  the current number  and the strategy. In
659 order to obtain the strategy we also use a classical PRNG.
660
661 Here  is an  example with  16-bits numbers  showing how  the bitwise  operations
662 are
663 applied.  Suppose  that $x$ and the  strategy $S^i$ are defined  in binary mode.
664 Then the following table shows the result of $x$ xor $S^i$.
665 $$
666 \begin{array}{|cc|cccccccccccccccc|}
667 \hline
668 x      &=&1&0&1&1&1&0&1&0&1&0&0&1&0&0&1&0\\
669 \hline
670 S^i      &=&0&1&1&0&0&1&1&0&1&1&1&0&0&1&1&1\\
671 \hline
672 x \oplus S^i&=&1&1&0&1&1&1&0&0&0&1&1&1&0&1&0&1\\
673 \hline
674
675 \hline
676  \end{array}
677 $$
678
679 %% \begin{figure}[htbp]
680 %% \begin{center}
681 %% \fbox{
682 %% \begin{minipage}{14cm}
683 %% unsigned int CIprng() \{\\
684 %%   static unsigned int x = 123123123;\\
685 %%   unsigned long t1 = xorshift();\\
686 %%   unsigned long t2 = xor128();\\
687 %%   unsigned long t3 = xorwow();\\
688 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t1;\\
689 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t2$>>$32);\\
690 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t3$>>$32);\\
691 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t2;\\
692 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)(t1$>>$32);\\
693 %%   x = x\textasciicircum (unsigned int)t3;\\
694 %%   return x;\\
695 %% \}
696 %% \end{minipage}
697 %% }
698 %% \end{center}
699 %% \caption{sequential Chaotic Iteration PRNG}
700 %% \label{algo:seqCIprng}
701 %% \end{figure}
702
703
704
705 \lstset{language=C,caption={C code of the sequential chaotic iterations based
706 PRNG},label=algo:seqCIprng}
707 \begin{lstlisting}
708 unsigned int CIprng() {
709   static unsigned int x = 123123123;
710   unsigned long t1 = xorshift();
711   unsigned long t2 = xor128();
712   unsigned long t3 = xorwow();
713   x = x^(unsigned int)t1;
714   x = x^(unsigned int)(t2>>32);
715   x = x^(unsigned int)(t3>>32);
716   x = x^(unsigned int)t2;
717   x = x^(unsigned int)(t1>>32);
718   x = x^(unsigned int)t3;
719   return x;
720 }
721 \end{lstlisting}
722
723
724
725
726
727 In listing~\ref{algo:seqCIprng}  a sequential version of  our chaotic iterations
728 based   PRNG    is   presented.   The    xor   operator   is    represented   by
729 \textasciicircum.  This   function  uses  three  classical   64-bits  PRNG:  the
730 \texttt{xorshift},  the   \texttt{xor128}  and  the   \texttt{xorwow}.   In  the
731 following,  we call  them  xor-like  PRNGSs.  These  three  PRNGs are  presented
732 in~\cite{Marsaglia2003}.  As each  xor-like PRNG used works with  64-bits and as
733 our PRNG works  with 32-bits, the use of \texttt{(unsigned  int)} selects the 32
734 least significant bits whereas  \texttt{(unsigned int)(t3$>>$32)} selects the 32
735 most  significants bits  of the  variable \texttt{t}.   So to  produce  a random
736 number realizes  6 xor operations with  6 32-bits numbers produced  by 3 64-bits
737 PRNG.  This version successes the  BigCrush of the TestU01 battery [P.  L’ecuyer
738   and R. Simard. Testu01].
739
740 \section{Efficient prng based on chaotic iterations on GPU}
741
742 In  order to benefit  from computing  power of  GPU, a  program needs  to define
743 independent blocks of threads which  can be computed simultaneously. In general,
744 the larger the number of threads is,  the more local memory is used and the less
745 branching  instructions are  used (if,  while, ...),  the better  performance is
746 obtained  on  GPU.  So  with  algorithm  \ref{algo:seqCIprng}  presented in  the
747 previous section, it is possible to  build a similar program which computes PRNG
748 on  GPU. In  the CUDA  [ref] environment,  threads have  a  local identificator,
749 called \texttt{ThreadIdx} relative to the block containing them.
750
751
752 \subsection{Naive version for GPU}
753
754 From the CPU version, it is possible  to obtain a quite similar version for GPU.
755 The principe consists in assigning the computation of a PRNG as in sequential to
756 each thread  of the  GPU.  Of course,  it is  essential that the  three xor-like
757 PRNGs  used for  our computation  have different  parameters. So  we  chose them
758 randomly with  another PRNG. As the  initialisation is performed by  the CPU, we
759 have chosen to use the ISAAC PRNG  [ref] to initalize all the parameters for the
760 GPU version  of our  PRNG.  The  implementation of the  three xor-like  PRNGs is
761 straightforward  as soon  as their  parameters have  been allocated  in  the GPU
762 memory. Each xor-like  PRNGs used works with an internal  number $x$ which keeps
763 the last generated random numbers. Other internal variables are also used by the
764 xor-like PRNGs. More  precisely, the implementation of the  xor128, the xorshift
765 and  the xorwow  respectively  require 4,  5  and 6  unsigned  long as  internal
766 variables.
767
768 \begin{algorithm}
769
770 \KwIn{InternalVarXorLikeArray: array with internal variables of the 3 xor-like
771 PRNGs in global memory\;
772 NumThreads: Number of threads\;}
773 \KwOut{NewNb: array containing random numbers in global memory}
774 \If{threadIdx is concerned by the computation} {
775   retrieve data from InternalVarXorLikeArray[threadIdx] in local variables\;
776   \For{i=1 to n} {
777     compute a new PRNG as in Listing\ref{algo:seqCIprng}\;
778     store the new PRNG in NewNb[NumThreads*threadIdx+i]\;
779   }
780   store internal variables in InternalVarXorLikeArray[threadIdx]\;
781 }
782
783 \caption{main kernel for the chaotic iterations based PRNG GPU naive version}
784 \label{algo:gpu_kernel}
785 \end{algorithm}
786
787 Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}  presents a naive  implementation of  PRNG using
788 GPU.  According  to the available  memory in the  GPU and the number  of threads
789 used simultenaously,  the number  of random numbers  that a thread  can generate
790 inside   a    kernel   is   limited,   i.e.    the    variable   \texttt{n}   in
791 algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}. For example, if  $100,000$ threads are used and
792 if $n=100$\footnote{in fact, we need to add the initial seed (a 32-bits number)}
793 then   the  memory   required   to  store   internals   variables  of   xor-like
794 PRNGs\footnote{we multiply this number by $2$ in order to count 32-bits numbers}
795 and  random  number of  our  PRNG  is  equals to  $100,000\times  ((4+5+6)\times
796 2+(1+100))=1,310,000$ 32-bits numbers, i.e. about $52$Mb.
797
798 All the  tests performed  to pass the  BigCrush of TestU01  succeeded. Different
799 number of threads, called \texttt{NumThreads} in our algorithm, have been tested
800 upto $10$ millions.
801
802 \begin{remark}
803 Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel}  has  the  advantage to  manipulate  independent
804 PRNGs, so this version is easily usable on a cluster of computer. The only thing
805 to ensure is to use a single ISAAC PRNG. For this, a simple solution consists in
806 using a master node for the initialization which computes the initial parameters
807 for all the differents nodes involves in the computation.
808 \end{remark}
809
810 \subsection{Improved version for GPU}
811
812 As GPU cards using CUDA have shared memory between threads of the same block, it
813 is possible  to use this  feature in order  to simplify the  previous algorithm,
814 i.e., using less  than 3 xor-like PRNGs. The solution  consists in computing only
815 one xor-like PRNG by thread, saving  it into shared memory and using the results
816 of some  other threads in the  same block of  threads. In order to  define which
817 thread uses the result of which other  one, we can use a permutation array which
818 contains  the indexes  of  all threads  and  for which  a  permutation has  been
819 performed.  In Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel2}, 2 permutations arrays are used.
820 The    variable   \texttt{offset}    is    computed   using    the   value    of
821 \texttt{permutation\_size}.   Then we  can compute  \texttt{o1}  and \texttt{o2}
822 which represent the indexes of the  other threads for which the results are used
823 by the  current thread. In  the algorithm, we  consider that a  64-bits xor-like
824 PRNG is used, that is why both 32-bits parts are used.
825
826 This version also succeed to the BigCrush batteries of tests.
827
828 \begin{algorithm}
829
830 \KwIn{InternalVarXorLikeArray: array with internal variables of 1 xor-like PRNGs
831 in global memory\;
832 NumThreads: Number of threads\;
833 tab1, tab2: Arrays containing permutations of size permutation\_size\;}
834
835 \KwOut{NewNb: array containing random numbers in global memory}
836 \If{threadId is concerned} {
837   retrieve data from InternalVarXorLikeArray[threadId] in local variables\;
838   offset = threadIdx\%permutation\_size\;
839   o1 = threadIdx-offset+tab1[offset]\;
840   o2 = threadIdx-offset+tab2[offset]\;
841   \For{i=1 to n} {
842     t=xor-like()\;
843     shared\_mem[threadId]=(unsigned int)t\;
844     x = x $\oplus$ (unsigned int) t\;
845     x = x $\oplus$ (unsigned int) (t>>32)\;
846     x = x $\oplus$ shared[o1]\;
847     x = x $\oplus$ shared[o2]\;
848
849     store the new PRNG in NewNb[NumThreads*threadId+i]\;
850   }
851   store internal variables in InternalVarXorLikeArray[threadId]\;
852 }
853
854 \caption{main kernel for the chaotic iterations based PRNG GPU efficient
855 version}
856 \label{algo:gpu_kernel2}
857 \end{algorithm}
858
859 \subsection{Theoretical Evaluation of the Improved Version}
860
861 A run of Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel2} consists in four operations having 
862 the form of Equation~\ref{equation Oplus}, which is equivalent to the iterative
863 system of Eq.~\ref{eq:generalIC}. That is, four iterations of the general chaotic
864 iterations are realized between two stored values of the PRNG.
865 To be certain that we are in the framework of Theorem~\ref{t:chaos des general},
866 we must guarantee that this dynamical system iterates on the space 
867 $\mathcal{X} = \mathcal{P}\left(\llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket\right)^\mathds{N}\times\mathds{B}^\mathsf{N}$.
868 The left term $x$ obviously belongs into $\mathds{B}^ \mathsf{N}$.
869 To prevent from any flaws of chaotic properties, we must check that each right 
870 term, corresponding to terms of the strategies,  can possibly be equal to any
871 integer of $\llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket$. 
872
873 Such a result is obvious for the two first lines, as for the xor-like(), all the
874 integers belonging into its interval of definition can occur at each iteration.
875 It can be easily stated for the two last lines by an immediate mathematical
876 induction.
877
878 Thus Algorithm~\ref{algo:gpu_kernel2} is a concrete realization of the general
879 chaotic iterations presented previously, and for this reason, it satisfies the 
880 Devaney's formulation of a chaotic behavior.
881
882 \section{Experiments}
883
884 Differents experiments have been performed in order to measure the generation
885 speed.
886 \begin{figure}[t]
887 \begin{center}
888   \includegraphics[scale=.7]{curve_time_gpu.pdf}
889 \end{center}
890 \caption{Number of random numbers generated per second}
891 \label{fig:time_naive_gpu}
892 \end{figure}
893
894
895 First of all we have compared the time to generate X random numbers with both
896 the CPU version and the GPU version. 
897
898 Faire une courbe du nombre de random en fonction du nombre de threads,
899 éventuellement en fonction du nombres de threads par bloc.
900
901
902
903 \section{The relativity of disorder}
904 \label{sec:de la relativité du désordre}
905
906 \subsection{Impact of the topology's finenesse}
907
908 Let us firstly introduce the following notations.
909
910 \begin{notation}
911 $\mathcal{X}_\tau$ will denote the topological space
912 $\left(\mathcal{X},\tau\right)$, whereas $\mathcal{V}_\tau (x)$ will be the set
913 of all the neighborhoods of $x$ when considering the topology $\tau$ (or simply
914 $\mathcal{V} (x)$, if there is no ambiguity).
915 \end{notation}
916
917
918
919 \begin{theorem}
920 \label{Th:chaos et finesse}
921 Let $\mathcal{X}$ a set and $\tau, \tau'$ two topologies on $\mathcal{X}$ s.t.
922 $\tau'$ is finer than $\tau$. Let $f:\mathcal{X} \to \mathcal{X}$, continuous
923 both for $\tau$ and $\tau'$.
924
925 If $(\mathcal{X}_{\tau'},f)$ is chaotic according to Devaney, then
926 $(\mathcal{X}_\tau,f)$ is chaotic too.
927 \end{theorem}
928
929 \begin{proof}
930 Let us firstly establish the transitivity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$.
931
932 Let $\omega_1, \omega_2$ two open sets of $\tau$. Then $\omega_1, \omega_2 \in
933 \tau'$, becaus $\tau'$ is finer than $\tau$. As $f$ is $\tau'-$transitive, we
934 can deduce that $\exists n \in \mathds{N}, \omega_1 \cap f^{(n)}(\omega_2) =
935 \varnothing$. Consequently, $f$ is $\tau-$transitive.
936
937 Let us now consider the regularity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$, \emph{i.e.}, for
938 all $x \in \mathcal{X}$, and for all $\tau-$neighborhood $V$ of $x$, there is a
939 periodic point for $f$ into $V$.
940
941 Let $x \in \mathcal{X}$ and $V \in \mathcal{V}_\tau (x)$ a $\tau-$neighborhood
942 of $x$. By definition, $\exists \omega \in \tau, x \in \omega \subset V$.
943
944 But $\tau \subset \tau'$, so $\omega \in \tau'$, and then $V \in
945 \mathcal{V}_{\tau'} (x)$. As $(\mathcal{X}_{\tau'},f)$ is regular, there is a
946 periodic point for $f$ into $V$, and the regularity of $(\mathcal{X}_\tau,f)$ is
947 proven. 
948 \end{proof}
949
950 \subsection{A given system can always be claimed as chaotic}
951
952 Let $f$ an iteration function on $\mathcal{X}$ having at least a fixed point.
953 Then this function is chaotic (in a certain way):
954
955 \begin{theorem}
956 Let $\mathcal{X}$ a nonempty set and $f: \mathcal{X} \to \X$ a function having
957 at least a fixed point.
958 Then $f$ is $\tau_0-$chaotic, where $\tau_0$ is the trivial (indiscrete)
959 topology on $\X$.
960 \end{theorem}
961
962
963 \begin{proof}
964 $f$ is transitive when $\forall \omega, \omega' \in \tau_0 \setminus
965 \{\varnothing\}, \exists n \in \mathds{N}, f^{(n)}(\omega) \cap \omega' \neq
966 \varnothing$.
967 As $\tau_0 = \left\{ \varnothing, \X \right\}$, this is equivalent to look for
968 an integer $n$ s.t. $f^{(n)}\left( \X \right) \cap \X \neq \varnothing$. For
969 instance, $n=0$ is appropriate.
970
971 Let us now consider $x \in \X$ and $V \in \mathcal{V}_{\tau_0} (x)$. Then $V =
972 \mathcal{X}$, so $V$ has at least a fixed point for $f$. Consequently $f$ is
973 regular, and the result is established.
974 \end{proof}
975
976
977
978
979 \subsection{A given system can always be claimed as non-chaotic}
980
981 \begin{theorem}
982 Let $\mathcal{X}$ be a set and $f: \mathcal{X} \to \X$.
983 If $\X$ is infinite, then $\left( \X_{\tau_\infty}, f\right)$ is not chaotic
984 (for the Devaney's formulation), where $\tau_\infty$ is the discrete topology.
985 \end{theorem}
986
987 \begin{proof}
988 Let us prove it by contradiction, assuming that $\left(\X_{\tau_\infty},
989 f\right)$ is both transitive and regular.
990
991 Let $x \in \X$ and $\{x\}$ one of its neighborhood. This neighborhood must
992 contain a periodic point for $f$, if we want that $\left(\X_{\tau_\infty},
993 f\right)$ is regular. Then $x$ must be a periodic point of $f$.
994
995 Let $I_x = \left\{ f^{(n)}(x), n \in \mathds{N}\right\}$. This set is finite
996 because  $x$ is periodic, and $\mathcal{X}$ is infinite, then $\exists y \in
997 \mathcal{X}, y \notin I_x$.
998
999 As $\left(\X_{\tau_\infty}, f\right)$ must be transitive, for all open nonempty
1000 sets $A$ and $B$, an integer $n$ must satisfy $f^{(n)}(A) \cap B \neq
1001 \varnothing$. However $\{x\}$ and $\{y\}$ are open sets and $y \notin I_x
1002 \Rightarrow \forall n, f^{(n)}\left( \{x\} \right) \cap \{y\} = \varnothing$.
1003 \end{proof}
1004
1005
1006
1007
1008
1009
1010 \section{Chaos on the order topology}
1011
1012 \subsection{The phase space is an interval of the real line}
1013
1014 \subsubsection{Toward a topological semiconjugacy}
1015
1016 In what follows, our intention is to establish, by using a topological
1017 semiconjugacy, that chaotic iterations over $\mathcal{X}$ can be described as
1018 iterations on a real interval. To do so, we must firstly introduce some
1019 notations and terminologies. 
1020
1021 Let $\mathcal{S}_\mathsf{N}$ be the set of sequences belonging into $\llbracket
1022 1; \mathsf{N}\rrbracket$ and $\mathcal{X}_{\mathsf{N}} = \mathcal{S}_\mathsf{N}
1023 \times \B^\mathsf{N}$.
1024
1025
1026 \begin{definition}
1027 The function $\varphi: \mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10} \rightarrow \big[
1028 0, 2^{10} \big[$ is defined by:
1029 \begin{equation}
1030  \begin{array}{cccl}
1031 \varphi: & \mathcal{X}_{10} = \mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}&
1032 \longrightarrow & \big[ 0, 2^{10} \big[ \\
1033  & (S,E) = \left((S^0, S^1, \hdots ); (E_0, \hdots, E_9)\right) & \longmapsto &
1034 \varphi \left((S,E)\right)
1035 \end{array}
1036 \end{equation}
1037 where $\varphi\left((S,E)\right)$ is the real number:
1038 \begin{itemize}
1039 \item whose integral part $e$ is $\displaystyle{\sum_{k=0}^9 2^{9-k} E_k}$, that
1040 is, the binary digits of $e$ are $E_0 ~ E_1 ~ \hdots ~ E_9$.
1041 \item whose decimal part $s$ is equal to $s = 0,S^0~ S^1~ S^2~ \hdots =
1042 \sum_{k=1}^{+\infty} 10^{-k} S^{k-1}.$ 
1043 \end{itemize}
1044 \end{definition}
1045
1046
1047
1048 $\varphi$ realizes the association between a point of $\mathcal{X}_{10}$ and a
1049 real number into $\big[ 0, 2^{10} \big[$. We must now translate the chaotic
1050 iterations $\Go$ on this real interval. To do so, two intermediate functions
1051 over $\big[ 0, 2^{10} \big[$ must be introduced:
1052
1053
1054 \begin{definition}
1055 \label{def:e et s}
1056 Let $x \in \big[ 0, 2^{10} \big[$ and:
1057 \begin{itemize}
1058 \item $e_0, \hdots, e_9$ the binary digits of the integral part of $x$:
1059 $\displaystyle{\lfloor x \rfloor = \sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} e_k}$.
1060 \item $(s^k)_{k\in \mathds{N}}$ the digits of $x$, where the chosen decimal
1061 decomposition of $x$ is the one that does not have an infinite number of 9: 
1062 $\displaystyle{x = \lfloor x \rfloor + \sum_{k=0}^{+\infty} s^k 10^{-k-1}}$.
1063 \end{itemize}
1064 $e$ and $s$ are thus defined as follows:
1065 \begin{equation}
1066 \begin{array}{cccl}
1067 e: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \mathds{B}^{10} \\
1068  & x & \longmapsto & (e_0, \hdots, e_9)
1069 \end{array}
1070 \end{equation}
1071 and
1072 \begin{equation}
1073  \begin{array}{cccc}
1074 s: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \llbracket 0, 9
1075 \rrbracket^{\mathds{N}} \\
1076  & x & \longmapsto & (s^k)_{k \in \mathds{N}}
1077 \end{array}
1078 \end{equation}
1079 \end{definition}
1080
1081 We are now able to define the function $g$, whose goal is to translate the
1082 chaotic iterations $\Go$ on an interval of $\mathds{R}$.
1083
1084 \begin{definition}
1085 $g:\big[ 0, 2^{10} \big[ \longrightarrow \big[ 0, 2^{10} \big[$ is defined by:
1086 \begin{equation}
1087 \begin{array}{cccc}
1088 g: & \big[ 0, 2^{10} \big[ & \longrightarrow & \big[ 0, 2^{10} \big[ \\
1089  & x & \longmapsto & g(x)
1090 \end{array}
1091 \end{equation}
1092 where g(x) is the real number of $\big[ 0, 2^{10} \big[$ defined bellow:
1093 \begin{itemize}
1094 \item its integral part has a binary decomposition equal to $e_0', \hdots,
1095 e_9'$, with:
1096  \begin{equation}
1097 e_i' = \left\{
1098 \begin{array}{ll}
1099 e(x)_i & \textrm{ if } i \neq s^0\\
1100 e(x)_i + 1 \textrm{ (mod 2)} & \textrm{ if } i = s^0\\
1101 \end{array}
1102 \right.
1103 \end{equation}
1104 \item whose decimal part is $s(x)^1, s(x)^2, \hdots$
1105 \end{itemize}
1106 \end{definition}
1107
1108 \bigskip
1109
1110
1111 In other words, if $x = \displaystyle{\sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} e_k + 
1112 \sum_{k=0}^{+\infty} s^{k} ~10^{-k-1}}$, then:
1113 \begin{equation}
1114 g(x) =
1115 \displaystyle{\sum_{k=0}^{9} 2^{9-k} (e_k + \delta(k,s^0) \textrm{ (mod 2)}) + 
1116 \sum_{k=0}^{+\infty} s^{k+1} 10^{-k-1}}. 
1117 \end{equation}
1118
1119
1120 \subsubsection{Defining a metric on $\big[ 0, 2^{10} \big[$}
1121
1122 Numerous metrics can be defined on the set $\big[ 0, 2^{10} \big[$, the most
1123 usual one being the Euclidian distance recalled bellow:
1124
1125 \begin{notation}
1126 \index{distance!euclidienne}
1127 $\Delta$ is the Euclidian distance on $\big[ 0, 2^{10} \big[$, that is,
1128 $\Delta(x,y) = |y-x|^2$.
1129 \end{notation}
1130
1131 \medskip
1132
1133 This Euclidian distance does not reproduce exactly the notion of proximity
1134 induced by our first distance $d$ on $\X$. Indeed $d$ is finer than $\Delta$.
1135 This is the reason why we have to introduce the following metric:
1136
1137
1138
1139 \begin{definition}
1140 Let $x,y \in \big[ 0, 2^{10} \big[$.
1141 $D$ denotes the function from $\big[ 0, 2^{10} \big[^2$ to $\mathds{R}^+$
1142 defined by: $D(x,y) = D_e\left(e(x),e(y)\right) + D_s\left(s(x),s(y)\right)$,
1143 where:
1144 \begin{center}
1145 $\displaystyle{D_e(E,\check{E}) = \sum_{k=0}^\mathsf{9} \delta (E_k,
1146 \check{E}_k)}$, ~~and~ $\displaystyle{D_s(S,\check{S}) = \sum_{k = 1}^\infty
1147 \dfrac{|S^k-\check{S}^k|}{10^k}}$.
1148 \end{center}
1149 \end{definition}
1150
1151 \begin{proposition}
1152 $D$ is a distance on $\big[ 0, 2^{10} \big[$.
1153 \end{proposition}
1154
1155 \begin{proof}
1156 The three axioms defining a distance must be checked.
1157 \begin{itemize}
1158 \item $D \geqslant 0$, because everything is positive in its definition. If
1159 $D(x,y)=0$, then $D_e(x,y)=0$, so the integral parts of $x$ and $y$ are equal
1160 (they have the same binary decomposition). Additionally, $D_s(x,y) = 0$, then
1161 $\forall k \in \mathds{N}^*, s(x)^k = s(y)^k$. In other words, $x$ and $y$ have
1162 the same $k-$th decimal digit, $\forall k \in \mathds{N}^*$. And so $x=y$.
1163 \item $D(x,y)=D(y,x)$.
1164 \item Finally, the triangular inequality is obtained due to the fact that both
1165 $\delta$ and $\Delta(x,y)=|x-y|$ satisfy it.
1166 \end{itemize}
1167 \end{proof}
1168
1169
1170 The convergence of sequences according to $D$ is not the same than the usual
1171 convergence related to the Euclidian metric. For instance, if $x^n \to x$
1172 according to $D$, then necessarily the integral part of each $x^n$ is equal to
1173 the integral part of $x$ (at least after a given threshold), and the decimal
1174 part of $x^n$ corresponds to the one of $x$ ``as far as required''.
1175 To illustrate this fact, a comparison between $D$ and the Euclidian distance is
1176 given Figure \ref{fig:comparaison de distances}. These illustrations show that
1177 $D$ is richer and more refined than the Euclidian distance, and thus is more
1178 precise.
1179
1180
1181 \begin{figure}[t]
1182 \begin{center}
1183   \subfigure[Function $x \to dist(x;1,234) $ on the interval
1184 $(0;5)$.]{\includegraphics[scale=.35]{DvsEuclidien.pdf}}\quad
1185   \subfigure[Function $x \to dist(x;3) $ on the interval
1186 $(0;5)$.]{\includegraphics[scale=.35]{DvsEuclidien2.pdf}}
1187 \end{center}
1188 \caption{Comparison between $D$ (in blue) and the Euclidian distane (in green).}
1189 \label{fig:comparaison de distances}
1190 \end{figure}
1191
1192
1193
1194
1195 \subsubsection{The semiconjugacy}
1196
1197 It is now possible to define a topological semiconjugacy between $\mathcal{X}$
1198 and an interval of $\mathds{R}$:
1199
1200 \begin{theorem}
1201 Chaotic iterations on the phase space $\mathcal{X}$ are simple iterations on
1202 $\mathds{R}$, which is illustrated by the semiconjugacy of the diagram bellow:
1203 \begin{equation*}
1204 \begin{CD}
1205 \left(~\mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}, d~\right) @>G_{f_0}>>
1206 \left(~\mathcal{S}_{10} \times\mathds{B}^{10}, d~\right)\\
1207     @V{\varphi}VV                    @VV{\varphi}V\\
1208 \left( ~\big[ 0, 2^{10} \big[, D~\right)  @>>g> \left(~\big[ 0, 2^{10} \big[,
1209 D~\right)
1210 \end{CD}
1211 \end{equation*}
1212 \end{theorem}
1213
1214 \begin{proof}
1215 $\varphi$ has been constructed in order to be continuous and onto.
1216 \end{proof}
1217
1218 In other words, $\mathcal{X}$ is approximately equal to $\big[ 0, 2^\mathsf{N}
1219 \big[$.
1220
1221
1222
1223
1224
1225
1226 \subsection{Study of the chaotic iterations described as a real function}
1227
1228
1229 \begin{figure}[t]
1230 \begin{center}
1231   \subfigure[ICs on the interval
1232 $(0,9;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs09a1.pdf}}\quad
1233   \subfigure[ICs on the interval
1234 $(0,7;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs07a95.pdf}}\\
1235   \subfigure[ICs on the interval
1236 $(0,5;1)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs05a1.pdf}}\quad
1237   \subfigure[ICs on the interval
1238 $(0;1)$]{\includegraphics[scale=.35]{ICs0a1.pdf}}
1239 \end{center}
1240 \caption{Representation of the chaotic iterations.}
1241 \label{fig:ICs}
1242 \end{figure}
1243
1244
1245
1246
1247 \begin{figure}[t]
1248 \begin{center}
1249   \subfigure[ICs on the interval
1250 $(510;514)$.]{\includegraphics[scale=.35]{ICs510a514.pdf}}\quad
1251   \subfigure[ICs on the interval
1252 $(1000;1008)$]{\includegraphics[scale=.35]{ICs1000a1008.pdf}}
1253 \end{center}
1254 \caption{ICs on small intervals.}
1255 \label{fig:ICs2}
1256 \end{figure}
1257
1258 \begin{figure}[t]
1259 \begin{center}
1260   \subfigure[ICs on the interval
1261 $(0;16)$.]{\includegraphics[scale=.3]{ICs0a16.pdf}}\quad
1262   \subfigure[ICs on the interval 
1263 $(40;70)$.]{\includegraphics[scale=.45]{ICs40a70.pdf}}\quad
1264 \end{center}
1265 \caption{General aspect of the chaotic iterations.}
1266 \label{fig:ICs3}
1267 \end{figure}
1268
1269
1270 We have written a Python program to represent the chaotic iterations with the
1271 vectorial negation on the real line $\mathds{R}$. Various representations of
1272 these CIs are given in Figures \ref{fig:ICs}, \ref{fig:ICs2} and \ref{fig:ICs3}.
1273 It can be remarked that the function $g$ is a piecewise linear function: it is
1274 linear on each interval having the form $\left[ \dfrac{n}{10},
1275 \dfrac{n+1}{10}\right[$, $n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$ and its
1276 slope is equal to 10. Let us justify these claims:
1277
1278 \begin{proposition}
1279 \label{Prop:derivabilite des ICs}
1280 Chaotic iterations $g$ defined on $\mathds{R}$ have derivatives of all orders on
1281 $\big[ 0, 2^{10} \big[$, except on the 10241 points in $I$ defined by $\left\{
1282 \dfrac{n}{10} ~\big/~ n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10\rrbracket \right\}$.
1283
1284 Furthermore, on each interval of the form $\left[ \dfrac{n}{10},
1285 \dfrac{n+1}{10}\right[$, with $n \in \llbracket 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$,
1286 $g$ is a linear function, having a slope equal to 10: $\forall x \notin I,
1287 g'(x)=10$.
1288 \end{proposition}
1289
1290
1291 \begin{proof}
1292 Let $I_n = \left[ \dfrac{n}{10}, \dfrac{n+1}{10}\right[$, with $n \in \llbracket
1293 0;2^{10}\times 10 \rrbracket$. All the points of $I_n$ have the same integral
1294 prat $e$ and the same decimal part $s^0$: on the set $I_n$,  functions $e(x)$
1295 and $x \mapsto s(x)^0$ of Definition \ref{def:e et s} only depend on $n$. So all
1296 the images $g(x)$ of these points $x$:
1297 \begin{itemize}
1298 \item Have the same integral part, which is $e$, except probably the bit number
1299 $s^0$. In other words, this integer has approximately the same binary
1300 decomposition than $e$, the sole exception being the digit $s^0$ (this number is
1301 then either $e+2^{10-s^0}$ or $e-2^{10-s^0}$, depending on the parity of $s^0$,
1302 \emph{i.e.}, it is equal to $e+(-1)^{s^0}\times 2^{10-s^0}$).
1303 \item A shift to the left has been applied to the decimal part $y$, losing by
1304 doing so the common first digit $s^0$. In other words, $y$ has been mapped into
1305 $10\times y - s^0$.
1306 \end{itemize}
1307 To sum up, the action of $g$ on the points of $I$ is as follows: first, make a
1308 multiplication by 10, and second, add the same constant to each term, which is
1309 $\dfrac{1}{10}\left(e+(-1)^{s^0}\times 2^{10-s^0}\right)-s^0$.
1310 \end{proof}
1311
1312 \begin{remark}
1313 Finally, chaotic iterations are elements of the large family of functions that
1314 are both chaotic and piecewise linear (like the tent map).
1315 \end{remark}
1316
1317
1318
1319 \subsection{Comparison of the two metrics on $\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[$}
1320
1321 The two propositions bellow allow to compare our two distances on $\big[ 0,
1322 2^\mathsf{N} \big[$:
1323
1324 \begin{proposition}
1325 Id: $\left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[,\Delta~\right) \to \left(~\big[ 0,
1326 2^\mathsf{N} \big[, D~\right)$ is not continuous. 
1327 \end{proposition}
1328
1329 \begin{proof}
1330 The sequence $x^n = 1,999\hdots 999$ constituted by $n$ 9 as decimal part, is
1331 such that:
1332 \begin{itemize}
1333 \item $\Delta (x^n,2) \to 0.$
1334 \item But $D(x^n,2) \geqslant 1$, then $D(x^n,2)$ does not converge to 0.
1335 \end{itemize}
1336
1337 The sequential characterization of the continuity concludes the demonstration.
1338 \end{proof}
1339
1340
1341
1342 A contrario:
1343
1344 \begin{proposition}
1345 Id: $\left(~\big[ 0, 2^\mathsf{N} \big[,D~\right) \to \left(~\big[ 0,
1346 2^\mathsf{N} \big[, \Delta ~\right)$ is a continuous fonction. 
1347 \end{proposition}
1348
1349 \begin{proof}
1350 If $D(x^n,x) \to 0$, then $D_e(x^n,x) = 0$ at least for $n$ larger than a given
1351 threshold, because $D_e$ only returns integers. So, after this threshold, the
1352 integral parts of all the $x^n$ are equal to the integral part of $x$. 
1353
1354 Additionally, $D_s(x^n, x) \to 0$, then $\forall k \in \mathds{N}^*, \exists N_k
1355 \in \mathds{N}, n \geqslant N_k \Rightarrow D_s(x^n,x) \leqslant 10^{-k}$. This
1356 means that for all $k$, an index $N_k$ can be found such that, $\forall n
1357 \geqslant N_k$, all the $x^n$ have the same $k$ firsts digits, which are the
1358 digits of $x$. We can deduce the convergence $\Delta(x^n,x) \to 0$, and thus the
1359 result.
1360 \end{proof}
1361
1362 The conclusion of these propositions is that the proposed metric is more precise
1363 than the Euclidian distance, that is:
1364
1365 \begin{corollary}
1366 $D$ is finer than the Euclidian distance $\Delta$.
1367 \end{corollary}
1368
1369 This corollary can be reformulated as follows:
1370
1371 \begin{itemize}
1372 \item The topology produced by $\Delta$ is a subset of the topology produced by
1373 $D$.
1374 \item $D$ has more open sets than $\Delta$.
1375 \item It is harder to converge for the topology $\tau_D$ inherited by $D$, than
1376 to converge with the one inherited by $\Delta$, which is denoted here by
1377 $\tau_\Delta$.
1378 \end{itemize}
1379
1380
1381 \subsection{Chaos of the chaotic iterations on $\mathds{R}$}
1382 \label{chpt:Chaos des itérations chaotiques sur R}
1383
1384
1385
1386 \subsubsection{Chaos according to Devaney}
1387
1388 We have recalled previously that the chaotic iterations $\left(\Go,
1389 \mathcal{X}_d\right)$ are chaotic according to the formulation of Devaney. We
1390 can deduce that they are chaotic on $\mathds{R}$ too, when considering the order
1391 topology, because:
1392 \begin{itemize}
1393 \item $\left(\Go, \mathcal{X}_d\right)$ and $\left(g, \big[ 0, 2^{10}
1394 \big[_D\right)$ are semiconjugate by $\varphi$,
1395 \item Then $\left(g, \big[ 0, 2^{10} \big[_D\right)$ is a system chaotic
1396 according to Devaney, because the semiconjugacy preserve this character.
1397 \item But the topology generated by $D$ is finer than the topology generated by
1398 the Euclidian distance $\Delta$ -- which is the order topology.
1399 \item According to Theorem \ref{Th:chaos et finesse}, we can deduce that the
1400 chaotic iterations $g$ are indeed chaotic, as defined by Devaney, for the order
1401 topology on $\mathds{R}$.
1402 \end{itemize}
1403
1404 This result can be formulated as follows.
1405
1406 \begin{theorem}
1407 \label{th:IC et topologie de l'ordre}
1408 The chaotic iterations $g$ on $\mathds{R}$ are chaotic according to the
1409 Devaney's formulation, when $\mathds{R}$ has his usual topology, which is the
1410 order topology.
1411 \end{theorem}
1412
1413 Indeed this result is weaker than the theorem establishing the chaos for the
1414 finer topology $d$. However the Theorem \ref{th:IC et topologie de l'ordre}
1415 still remains important. Indeed, we have studied in our previous works a set
1416 different from the usual set of study ($\mathcal{X}$ instead of $\mathds{R}$),
1417 in order to be as close as possible from the computer: the properties of
1418 disorder proved theoretically will then be preserved when computing. However, we
1419 could wonder whether this change does not lead to a disorder of a lower quality.
1420 In other words, have we replaced a situation of a good disorder lost when
1421 computing, to another situation of a disorder preserved but of bad quality.
1422 Theorem \ref{th:IC et topologie de l'ordre} prove exactly the contrary.
1423  
1424
1425
1426
1427
1428
1429
1430
1431 \section{Conclusion}
1432 \bibliographystyle{plain}
1433 \bibliography{mabase}
1434 \end{document}