Master's Thesis

Simulation of dice rolls and its statistical analysis

Final Thesis 3.13 MB Appendix 2.28 MB

Author of thesis: Bc. Jiří Pres

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: RNDr. Pavel Popela, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis focuses on the simulation of random trials involving the rolling of a six-sided die and the analysis of the resulting data. The aim of the work was to design and construct a device capable of producing sufficiently random die outcomes. Several rolling methods were tested and compared. The collected data were evaluated using statistical methods, including hypothesis testing. The results were also visualized using graphs, tables, and figures.
The findings indicate that even a simple mechanical design can produce results that closely approximate theoretical probabilities. Furthermore, the device was designed to be easily reproducible. All~data and results are included in the thesis.

Keywords:

random experiment, rolling dice, hypothesis testing

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 tři dotazy oponenta diplomové práce. Oponent – dr. Popela – byl přítomen u obhajoby a s odpovědí byl spokojený. Komise položila diplomantovi otázky k diplomové práci: doc. Kureš: teoretická část až po stranu 38 je obsahem základního kurzu - bylo nutné až tolik stran věnovat základní teorii?

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 zařízení simulující hod kostkou, které je 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. Vzhledem k typu zařízení by šlo hovořit spíše o simulaci hodu kostkou s pomocí kelímku.
Práce se skládá ze čtyř hlavních částí: popis základních matematických metod, konstrukce vrhacího zařízení, průběh experimentů a vyhodnocení výsledků experimentů. Při experimentech bylo provedeno „ruční“ házení, házení s pomocí kelímku a s pomocí zařízení, kde byly použity výsledky pro poslední verzi zařízení. Hledala se závislost na naklonění třepacího zařízení a na počáteční pozici.
Testy se prováděli jak na ideální kostku, tak na rozdělení pro danou kostku. Při sloučení experimentů se došlo k zajímavému výsledku, kdy se zamítla ideální kostka, ale rovnoměrnost pro vybrané dvojice se nezamítla.

Student pracoval samostatně. Vyzdvihl bych jeho snahu o hledání závislostí na parametrech i s využitím G-testu.

Diplomovou práci Bc. Prese doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
RNDr. Pavel Popela, Ph.D.

Diplomová práce splňuje zadání v plném rozsahu a v některých částech je i překračuje svou experimentální pečlivostí. Autor navrhl a zkonstruoval vlastní vrhací zařízení, postupně jej vylepšoval s využitím 3D tisku a následně provedl rozsáhlou sérii experimentů doplněnou statistickým vyhodnocením. Oceňuji, že práce nezůstává pouze u matematického modelování, ale propojuje teorii pravděpodobnosti s technickým a poměrně sympaticky „řemeslným“ přístupem k realizaci zařízení. Je znát, že autor měl snahu dostat se až k funkčnímu výsledku, a i když některé kroky na první pohled působí až trochu hravě, výsledný celek působí překvapivě uceleně a promyšleně.
Postup řešení je logický, systematický a odpovídá charakteru diplomové práce aplikačně matematického zaměření. Autor nejprve uvádí nezbytné teoretické základy z pravděpodobnosti a matematické statistiky, následně podrobně popisuje konstrukci zařízení a přechází k experimentální části. Oceňuji rozsah realizovaných pokusů, kdy bylo provedeno více než 12 tisíc hodů, což již vytváří poměrně robustní datový základ. Použité statistické metody – χ² testy, G‑testy, testy nezávislosti i práce s distribučními funkcemi – jsou zvoleny adekvátně. Autor se nespoléhá pouze na jeden ukazatel, ale snaží se výsledky ověřovat z více pohledů. Místy by bylo možné některé metodické kroky ještě stručněji a techničtěji formulovat, protože text občas sklouzává ke zbytečně širokému výkladu, nicméně z hlediska diplomové práce je rozsah řešení více než odpovídající.
Teoretická část práce je zpracována dost rozsáhle a autor prokazuje dobrou orientaci v základních pojmech pravděpodobnosti a matematické statistiky. Současně se při rozsahu této části práce vyskytují i některé odborné nepřesnosti, zejména při zavedení pravděpodobnosti (sigma aditivita) a interpretaci nezávislosti jevů, kde je zprvu chybně ztotožněna nezávislost s neslučitelností. Dále některé použité symboly nejsou včas popsány a vysvětleny. Začlenění některých teoretických poznatků a důkazů není dále zdůvodněno jejich využitím v aplikační části. Místy tak výklad působí zbytečně encyklopedicky vzhledem k zaměření práce. U některých statistických metod by bylo vhodné podrobněji diskutovat jejich předpoklady a omezení. Přes uvedené připomínky však teoretická část vytváří použitelný základ pro experimentální část práce.
Za vlastní přínos práce považuji především návrh a opakované konstrukční vylepšování zařízení pro hod kostkou, dále pak snahu experimentálně zachytit vliv různých mechanických parametrů na výslednou distribuci hodů. Autor zde prokázal tvořivost i schopnost technického přemýšlení. Poměrně sympaticky působí i skutečnost, že některé méně úspěšné konstrukční mezistupně autor nezatajoval, ale naopak využil jako součást analytického procesu. To dodává práci přirozenost a poctivost. Systém Theses vykazuje pouze nízkou míru podobnosti, navíc převážně vůči obecným statistickým materiálům či tematicky příbuzným pracím. Neshledal jsem nic, co by svědčilo o nekorektním převzetí textu. Naopak je patrné, že autor text skutečně vytvářel vlastním stylem, který je místy až překvapivě živý. V jistém smyslu mi práce připomněla i samotného autora z průběhu studia – často působil usměvavě klidným dojmem a některé úkoly měl tendenci nechávat „ještě chvíli uzrát“, ale když přišel okamžik potřeby, dokázal se zmobilizovat velmi energicky a výsledek nakonec býval výrazně lepší, než původní tempo napovídalo. Právě tato zvláštní kombinace nenápadnosti a následné intenzivní aktivity je v práci dobře patrná.
Autor umí s dosaženými výsledky pracovat a dokáže je interpretovat věcně i s rozumnou mírou opatrnosti. Oceňuji, že nepůsobí dojmem člověka, který by slepě důvěřoval každému číslu jen proto, že vyšlo ze statistického softwaru. V závěrech správně upozorňuje na limity konstrukce i na vliv některých mechanických parametrů. Výsledky jsou doplněny grafy, tabulkami i komentářem a většina interpretací je přesvědčivá. Místy bych ocenil stručnější formulace a větší důraz na technickou podstatu závěrů namísto opakovaného popisu dílčích pozorování, ale celkově působí analytická část zrale.
Výsledky práce jsou využitelné zejména pro didaktické a experimentální účely. Navržené zařízení může sloužit jako zajímavá laboratorní pomůcka při demonstraci principů pravděpodobnosti a statistiky, případně ve výuce experimentálních metod. Přínos vidím i v propojení relativně jednoduché mechanické konstrukce s matematickou interpretací. Autor ukazuje, že i „obyčejná kostka“ může být při dostatečně pozorném pohledu poměrně sofistikovaným experimentálním objektem.
Práce je logicky členěna do navazujících kapitol a formální požadavky fakulty splňuje. Přesto se v textu objevují dílčí nepřesnosti a drobné nedostatky. Například v některých tabulkách nejsou vždy zcela sjednoceny popisy veličin, místy chybí explicitní odkazy na obrázky v textu. Na několika místech působí formulace lehce neuhlazeně, například „Tato kapitola může být pro čtenáře nezajímavá…“, což je sice lidsky milé, ale v odborném textu trochu nečekané. Dále jsem zaznamenal drobné překlepy typu „pravděpodobostní“ místo „pravděpodobnostní“ nebo kolísání mezer u matematických výrazů.
Symbolika práce ve většině případů odpovídá standardnímu matematickému zápisu, nicméně některé symboly a označení nejsou zaváděny zcela důsledně. Zejména v teoretické části by bylo vhodné pečlivěji vysvětlit některá méně standardní značení a sjednotit symboliku použitých rozdělení a matematických objektů. Nejde však o vady zásadního charakteru. Místy je také patrné velmi rychlé závěrečné dokončování textu – což opět vlastně docela odpovídá autorovu studijnímu naturelu.
Grafická úprava práce je celkově na dobré úrovni. Obrázky i grafy jsou přehledné a pomáhají orientaci v datech. Některé popisky mohly být stručnější a vizuálně sjednocenější, ale celkový dojem je pozitivní. Styl práce je zajímavý tím, že vedle standardního odborného tónu občas probleskne určitá osobní spontaneita autora. Místy to působí neobvykle, ale zároveň lidsky a čtivě. Pravopisné chyby nejsou četné, jedná se spíše o jednotlivé překlepy a drobnou stylistickou neobratnost. 
Použitá literatura odpovídá zaměření práce. Autor vychází z relevantních statistických publikací a základních odborných zdrojů. Citace jsou vedeny korektně a v souladu s požadavky fakulty. Oceňuji, že literatura není používána pouze formálně, ale že je skutečně propojena s experimentální částí práce. Pro hlubší odbornou ambici by bylo možné doplnit více zahraničních článků zaměřených na experimentální testování náhodnosti, ale pro rozsah a charakter diplomové práce je použitý soubor zdrojů dostačující.
Předložená diplomová práce působí po technické i lidské stránce poctivým dojmem. Autor prokázal schopnost experimentální práce, statistického vyhodnocení i konstrukční tvořivosti. Provokativně originální zadání tématu školitelem, tak připomínající příklady dráždící rutinéry písemek M4, bylo původně uchopeno a zpracováno. Školitel musí mít právem radost. Přes drobné formální a stylistické nedostatky hodnotím práci jako nadprůměrnou a oceňuji zejména její osobitou energii, která se postupně v textu rozvíjí. Autor během studia často působil lehce nenuceným dojmem člověka, který nikam zbytečně nespěchá, nicméně v důležitých chvílích uměl zabrat velmi intenzivně. Domnívám se, že právě tato schopnost pozdější, ale o to silnější mobilizace je cennou vlastností i pro budoucí práci autora.  Současně si dovolím poznamenat, že autor má podle mého názoru dobré předpoklady i pro další odborný růst, případně pro pokračování v doktorském studiu v některé z inženýrských oblastí, zejména tam, kde je potřeba kombinovat technickou zručnost, experimentální trpělivost a analytické uvažování s jeho matematickým vzděláním.
Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
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 B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jak by se podle Vás změnila interpretace výsledků při dvojnásobném počtu experimentů?
  2. Jaké konstrukční úpravy považujete za nejúčinnější pro další omezení vlivu počáteční pozice kostky na výsledek hodu?
  3. Kterou další statistickou metodu by bylo vhodné do budoucna použít pro detailnější analýzu závislostí mezi mechanickými parametry zařízení a výsledky hodů?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová