Устройство для определения статистических характеристик непрерывных случайных величин Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к автомати тГё и вычислительной технике и предназначено для определения медианы и квантилей непрерлвных случайных величин и эргодических стационарных случайных процессов. .Известно устройство, в котором определение медианы случайных величин производится косвенным методом по графику функции распределения вероятностей исследуемой случайной величины, содержащее последовательно соединенные входное ус ройство, амплитудный селектор, формирующее устройство, временной селе тор, счетчик импульсов, причем второй вход временного селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, а на второй вход амплитудного селектора подается постоянное напряжение, определяющее текущи уровень анализа. Выход счетчика является выходом устройства tl. Определение указанных характерис тик с помощью этого устройства осно вано на косвенном методе и связано с необхЪдимостью предварительно определения функции распределения вероятностей ( интегрального закона распределения по множеству точек ( уровней анализа) во всем диапазоне задания случайной величины. Необходимость построения детальной вероятностной картины исследуемой случайной величины связана с большой измерительной и вычислитель ной работой и характеризуется значительной избыточностью информации, получаемой в результате проводимого измерительного эксперимента. В итоге это приводит к существеннол у увеличению времени анализа, которое, например, для 3 десятичных разрядов - 1000 уровней анализа требует времени 1000 , где Т - вре мя одного измерения. V Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения медианы, содержащееамплитудный селектор, первый вход которого соединен с входной шиной.устройства, а второй вход - соединен с регулятором порог вого уровня срабатывания и со входсэ вольтметра, временной селектор, пер вый вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а второй вход - с генератором селекторны импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с-выходом временного селектора, инвертор, вход кото рого соединен с выходом амплитудного селектора, второй временной селектор, первый вход которого соединен с выходом инвертора, а второй вход - с выходом генератора селекто ных импульсов, второй счетчик импул сов, вход которого соединен с выходом второго временного селектора f2J. Измерение медианы при использовании, устройства-прототипа сводится к подбору такого, уровня анализа, при кртором показания первого и второго счетчика совпадают, после чего значение медианы считывается с выхода вольтметра, подключенного к регулятору порогового уровня. Однако определение величины медианы связано с необходимостью проведения цепочки последовательных ручных операций по подбору требуемого уровня анализа, что увеличивает долю субъективного фактора измерений, снижает надежность и стабильность результатов и увеличивает стоимость проводимого измерительного эксперимента. Быстродействие устройства-прото-типа в силу наличия ручных операций также оказывается низким. Другим недостатком указанного устройства являются его ограниченные функциональные возмо5Кности, так как оно рассчитано на измерение только одной вероятностной характеристики - медианы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения квантилей распределения и повышения быстродействия за счет автоматизации процесса измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее амплитудный селектор, первый вход которого является входом устройства, временной селектор, -информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селек-тора, а , управляющий вход - с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов , вход которого соединен с выходом временного селектора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного селектора введены два сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно-делительный блок, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумматора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй вход которого соединен с шиной уставок, а третий вход - с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов, выходы первого и второго коммутаторов кодов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго суммато ра, выход которого соединен с первы входом множительно-делительного блока, выход которого соединен с в читающим входом второго сумматора, выход которого соёдийен со входом первого регистра, у аравляющие входы временного селектора, множитель -но-делительного блока, коммутаторо кодов, и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствующими выходами блока синхронизации. На чертеже приведена схемапредложенного устройства. Устройство содержит амплитудный селектор 1, временной селектор 2, генератор 3 импульсов, счетчик 4 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 5, первый 6, второй 7 и третий 8 регистры, первый 9 и второй 10 коммутаторы кодов, второй сумматор 11, множительно-делительный блок 12, первый cyNByiaTop 13 и блок 14 синхронизации. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии регистры 7 и 8, а также сче.тчик 4 устанавливав ются в нулевое положение, в регистре б записан код нулевого приближения 7д. Работа устройства происходит циклически, при этом каждый цикл состоит из следующих 5-тй так,тов.. 1-й тйкт (Измерение). По комайде блока 14 открывается на время Т временной селектор 2 и с помощью бл ков 1-4 производится- определение среднего- времени пребывания исследуемой реализации ниже уровня анализа. Уровень анализа задается цифроаналоговым преобразователем 5 (ЦАП), который управляется койОм,: хранящимся в регистре 6. Результат измерения записывается в счетчик 4 и представляет собой не что иное, как значение F (z) функции распреде ления вероятностей исследуемой случайной величины в точке z. 2-й такт. По команде блока 14 коммутаторы кодов 9 и 10 подают на входы сумматора 11 код F(ZQ) с выхода счетчика и код уставки У:, который определяет процентность квантилей и для медианы равен 0,5 (50%-процентный квантиль). В конце второго такта найденная разность кодов I F( Zj,) заносится в множительно-делительгай блок 12. 3-й так.т. По команде блока 14 коммутаторы кодов 9 ц 10 подключают ко входам сукматора 11 регистры 6 и 7 производится вычитание кодов, .хранящихся в указанных регистрах (в данном случае Zц-0). В конце третьего такта запускается множительно-делительный блок 12 и пройзводится умножение разности (-0) с выхода сумматора 11 на код СР(% )У+-3 записанный S блок 12-во втором такте работы устройства. Результат умножения (z - О )Г F(z0 ) У-; остается в блоке 12. 4-й такт. По команде блока 14 через коммутаторы кодов 9 и 10 дам сумматора 11 подключаются счетчик 4 и регистр 8. Находится разHocTb (в данном случае F{z)-0), В конце четвертого такта запускается множительно-делительный блок 12 и осуществляет деление числа ( .F(ZO ) найденную разность . 5-й такт. По команде блока 14 код z с выхода регистра 6 переписывается в регистр 7 и в сумматор 13, а код; F(ZO ) с выхода счетчика 4 - в регистр 8. Эта информацияг будет использована в следующем цикле работы устройства. Теперь на выходе сумматора 13 образован код, определяющий величину нового приближения 2 -, -о- (z,) (1) В конце пятого такта величина z. с выхода сумматора 13 переписывается в регистр 6. На этом первый цикл работы устройства заканчивается. Код z , преобразованный посредством 1Щ1 5 в аналоговую величину, определяет новый уровень анализа. Второй цикл работы устройства происходит аналогично первому. 1-й такт. (Измерение). По команде блока 14 на время Т открывается временной селектор 2 и определяется среднее время пребывания исследуемой реализацииниже уровня анали, sa Z . Результат измерения, записанный в счетчике 4, представляет собой значение функции распределения вероятностей в точке z . Затем осуществл{потся 2-й, 3-й, 4-й и 5-й тйкты, как это было описано выЁ1е. В результате после завершения пятого такта в регистре 6 записано новое второе приближение z.. - - (.,jU(f,).. в общем случае, когда устройство проработало n+i цикл в регистре б получаем VTHTT rftj Практически уже чере 2-3 цикла устройство формирует в регистре 6

код z, равный с точностью до погрешно ги дискретности ,ЦАП 5, измеряемой вероятностной характеристике.

В то время как в устройстве-прототипе количество циклов измерений и ручных регулировок порога весьма велико ( Несколько десятков) в устройстве, осуществляемом автоматическое и целенаправленное обыскание измеряемой величины с ее одновременным квантованием, количество циклов работы устройства, за которые измеряется z, не .превышает 2-3 т.е. по крайней мере на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе.

Тот же порядок работы устройства полностью сохраняется и при измерении процентных квантилей. В этом случае на шину уставок подается код, указывайяций желаемую процентность квантилей. Например, при необходимости измерения величины 20%-процентного квантиля на. шину уставок у подается код 0,2

(20%). В остальном работа устройства происходит как это было описано выше, т.е. предложенное устройство дает возможность оперативного перехода на новый режим работы. Такой

переход может осуществляться как .с помощью внешнего переключателя-, так и дистайционно по программе. При этом оценки CJ OPOCTH сходимости полностью сохраняют свою силу, а

количество циклов работы по прежнему не превышает , т.е. на порядок лучше, чем в устройстве-прототипе .

Таким образом, предложенное

устройство обеспечивает повышение быстродействия, по крайней мере на порядок, по Ьравнению с прототипом за счет автоматизации процесса измерения, расширение функциональных возможностей устройства, которое обеспечивает измерение не только медианы, но и квантилей непрерывных случайных велииин и процессов.

4г

о

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕдаЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН , сЬдержащее с1Мплитудный селектор, первый вход которого является входом устройства, временной селектор, информационный вход которого соединен с выходом амплитудного селектора, а управляющий вход - с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом временного селектора/ и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к управляющему входу амплитудного селектора, о т л и ч а ющ е еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения квантилей и повышения быстродействия, оно дополнительно содержит два сумматора, три регистра, два коммутатора кодов, блок синхронизации и множительно-делительный блок, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с суммирующим входом первого сумматора, с первым входом первого коммутатора кодов, с выходом первого регистра и входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора кодов, второй-вход которого соединен с шиной уставок , а третий вход - с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов и вторым входом первого коммутатора кодов, выходы первого и второго ком(Л мутаторов кодов соединены соответственно с суммирующим и вычитакяцим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом множительно-делительного блока, вы1 сод которого соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого соединен со входом первого регистра, управляющие входы временного селектора, множительно-делительного блока, коммутаторов кодов и регистров и установочный вход счетчика импульсов соединены с соответствукяцими выходами блока синхронизации..