Master's Thesis

Statistical analysis of the results of the dice roll

Final Thesis 7.23 MB Appendix 11.16 MB

Author of thesis: Bc. Matěj Krajný

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. RNDr. Libor Žák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Mgr. Eva Mrázková, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the statistical analysis of dice roll results obtained from repeated
robotic throws. The aim of the thesis was to design an experimental procedure, build a
throwing device, collect experimental data and subsequently evaluate them statistically.
For the experiment, a robot was built using the LEGO Spike Prime kit. The robot made
it possible to perform dice throws with different settings of throwing height, throwing
speed and initial die orientation. For each throw, the resulting value on the die and its
final resting position on the landing grid were recorded.
The measured data were processed using computational scripts and evaluated by statis-
tical methods suitable for categorical data. The thesis also includes the use of entropy
as a measure of distribution uniformity and discusses its connection to testing deviations
from the uniform distribution. The results showed that some robot settings led to partial
deviations from the expected distribution, however, a general influence of any specific
controlled parameter on the result of the throw was not clearly demonstrated.

Keywords:

dice roll, robotic experiment, statistical analysis, categorical data, hypothesis testing,
chi-square goodness-of-fit test, entropy, determinism

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s diplomovou prací a odpověděl na dva dotazy oponentky diplomové práce. Oponentka – dr. Mrázková – nebyla přítomna u obhajoby. Komise položila diplomantovi jednu otázku k diplomové práci: doc. Štarha: Uvažoval jste, že ta kostka je homogenní?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mathematical Engineering (N-MAI-P)

Composition of Committee

doc. Mgr. Robert Mařík, Ph.D. (předseda)
doc. RNDr. Miroslav Kureš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Šremr, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Štarha, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Libor Žák, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. RNDr. Libor Žák, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá statistickým zpracováním dat získáním z hodu kostkou.

Úkolem studenta bylo pro obyčejnou kostku sestrojit vrhací zařízení závislé na parametrech a s jeho pomocí simulovat hody. Dalším úkolem bylo analyzovat získané výsledky vzhledem k ideální kostce a k závislosti výsledků hodů na parametrech vrhacího zařízení.

Práce se skládá ze čtyř hlavních částí: popis základních matematických metod, konstrukce vrhacího zařízení, formulace hypotéz a popis experimentů a jejich vyhodnocení. Při vyhodnocení bylo provedeno i „ruční“ házení. Zde se kostka jevila jako ideální, kdežto při házení s pomocí vrhacího zařízení již byly výsledky ovlivněny parametry vrhacího zařízení. Proto student pro další vyhodnocení použil rekategorizaci.

Práce obsahuje více překlepů a chyb.

Student pracoval samostatně. Vyzdvihl bych jeho originální řešení házejícího stroje a snahu o zapojení entropie při hledání možných závislostí v datech.

Diplomovou práci Bc. Krajného doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Diplomová práce se zabývá statistickou analýzou výsledků hodu kostkou získaných pomocí studentem navrženého robota a snaží se odpovědět na otázku, zda existuje způsob hodu kostkou, který může ovlivnit rozdělení výsledků. Robot byl sestaven ze stavebnice LEGO Spike Prime a nastavováním tří parametrů byl získán rozsáhlý soubor experimentálních dat, který patří k velmi cenným výstupům práce. Dokumentace ke stavbě i ke zprovoznění robota je srozumitelná, takže je experiment snadno reprodukovatelný. Další důležitou částí práce je zpracování rozsáhlého souboru dat pomocí pythonovských skriptů a velmi povedená vizualizace výsledků pro jednotlivé kombinace parametrů ve formě medailonků. K posuzování několika hypotéz týkajících se rovnoměrnosti výsledků byla kromě klasických testů dobré shody a binomického testu použita netradičně i entropie, pro kterou byla odvozena příslušná p-hodnota a také linearita mezi entropií a testovým kritériem G-testu. Ukázalo se, že některá nastavení robota vedla k odchylkám od očekávaného rozdělení, ale jednoznačně prokázat obecný vliv nějakého parametru na výsledek hodu se nepodařilo. To však určitě nemůže být bráno jako negativum.

Je vidět, že tvorbě robota, experimentálnímu sběru dat a řešení vizualizace velkého množství získaných dat věnoval student mnoho času. Je proto škoda, že více času nevěnoval i samotnému psaní diplomové práce. Práce totiž obsahuje velmi mnoho pravopisných chyb (špatně použité čárky ve větách, hrubky, špatně používaná velká písmena uprostřed vět), plno překlepů i typografických chyb, krkolomné formulace. Dále chybí číslování rovnic, některých obrázků i tabulek a student se tak na ně v textu odkazuje špatně nebo vůbec. Značení v průběhu práce není konzistentní (např. tučné X značí náhodný výběr, náhodnou veličinu i vektor pozorovaných četností,...). Práce se tak celkově moc dobře nečte, čtenář si toho musí často dost domýšlet. 

Po obsahové stránce je ale práce kvalitní, splnila cíle zadání a doporučuji ji proto k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Popište přesněji test dobré shody, který jste používal k porovnávání dvou experimentů (např. porovnání experimentů č.21 a č.23 na straně 62 - ukažte i výpočet testového kritéria, nebudou zde vadit malé četnosti u hodnoty 3?).
  2. V práci jste testoval pouze vliv orientace kostky na výsledek hodu. Stejným způsobem by bylo možné otestovat vliv rychlosti nebo výšky hodu. Mohl byste ukázat aspoň krátkou analýzu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová