Zn Tests

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Was misst der Zn-Test?

Der Zn-Test betrachtet einen Block aus n Ziffern im Zahlensystem zur Basis n. Er fragt: Wie viele Ziffern teilen sich im Block den ersten Platz?

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Ein Beispiel im Zehnersystem

Wir nehmen einen zehnstelligen Block und zählen, wie oft jede der zehn Ziffern vorkommt.

Schritt 1 von 4: Der zehnstellige Block wird gelesen.

So entsteht Z10

Der Block lautet 3141592653. Zähle zunächst jede Ziffer von 0 bis 9.

Die vier Schritte

  1. Wähle einen Block aus genau n Ziffern.
  2. Zähle für jede Ziffer a = 0, 1, …, n−1 ihre Häufigkeit Na. Auch Ziffern mit Häufigkeit 0 gehören zur Liste.
  3. Bestimme die größte Häufigkeit M = maxa Na.
  4. Zähle, wie viele verschiedene Ziffern diese größte Häufigkeit erreichen. Diese Zahl ist Zn.

Im Beispiel: 1, 3 und 5 kommen jeweils zweimal vor – öfter als jede andere Ziffer. Also gilt Z10 = 3. Die maximale Häufigkeit ist 2; der Testwert ist 3.

Mögliche Missverständnisse

Zn ist nicht die maximale Häufigkeit.
Im Beispiel ist die maximale Häufigkeit 2, aber Z10 = 3, weil drei Ziffern gleichauf liegen.
Die Reihenfolge im Block wird ignoriert.
Jede Umordnung derselben zehn Ziffern hat denselben Z10-Wert. Der Test beschreibt die Belegung, nicht die Reihenfolge.
Ein Treffer ist kein Normalitätsbeweis.
Ein i.i.d.-ähnliches Zn-Histogramm ist mit i.i.d.-Struktur vereinbar, beweist aber weder Unabhängigkeit noch Normalität.
Ein Abweichen beweist auch keine Nichtnormalität.
Dein Paper zeigt als Warnbeispiel die normale Champernowne-Konkatenation, deren endliche Zn-Statistik deutlich vom i.i.d.-Soll abweichen kann.

Die Gesamtformel für den i.i.d.-Sollwert

Für einen gleichverteilten i.i.d.-Block der Länge n über n Ziffern sei cj die Anzahl der Ziffern, die genau j-mal vorkommen. Hat die größte Häufigkeit den Wert r, dann ist cr = k genau das Ereignis Zn = k.

P(Zn = k) = n−n · ∑r=1n ∑profiles n!∏j=0r cj! · n!∏j=0r (j!)cj
∑j=0r cj = n;   ∑j=0r j cj = n;   cr = k.

Der erste Bruch zählt, auf welche Ziffern die Häufigkeiten 0, 1, …, r entfallen. Der zweite Bruch zählt die Anordnungen der Ziffern im Block. Durch nⁿ wird durch alle möglichen i.i.d.-Blöcke geteilt.

Die Sollverteilung hat Buckel

Diese drei Balkendiagramme zeigen die exakte i.i.d.-Sollverteilung. Die kleineren Buckel entstehen, weil unterschiedliche maximale Häufigkeiten r verschiedene Bereiche von Zn prägen.

Zehnersystem: n = 10

Neben dem Hauptbuckel bei Z10 = 1 liegt ein lokaler Buckel bei Z10 = 3.

32er-System: n = 32

Ein sekundärer Buckel erscheint etwa bei Z32 = 9.

64er-System: n = 64

Ein weiterer Buckel erscheint etwa bei Z64 = 19. Seltene Randwerte liegen viele Größenordnungen tiefer.

Beide Achsen sind logarithmisch. Die Balken zeigen die exakten Wahrscheinlichkeiten; unmögliche Zn-Werte haben Wahrscheinlichkeit 0 und erscheinen nicht als Balken.

Jetzt den Test selbst ausprobieren

Die Sollverteilung bleibt gleich. Wähle eine Basis und eine Ziffernfolge; rechts erscheint das vorab berechnete Ist-Histogramm.

Links: i.i.d.-Sollwerte

Rechts: gemessene Ist-Werte

Der Schlüssel passt

Hinweis und Quelle

Die exakte i.i.d.-Sollverteilung, die (Z_n)-Definition und die Grenzen der Interpretation werden in deinem Paper entwickelt: Eigler, D. (2026). Two Preliminary Pre-Tests for i.i.d.-Like Digit Structure. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.22304874.

Die Ist-Diagramme beruhen jeweils auf einem vorab berechneten Präfix von 131 200 Ziffern. Es werden alle 131 200 zyklischen Startpositionen für Fenster der Länge (n) ausgewertet; das entspricht dem Zusammenfassen der disjunkten Blöcke über alle (n) Offsets. Bei der letzten Position wird am Präfixanfang zyklisch fortgesetzt.

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