Стохастический функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

Изобретениеотносится к вычислительной технике и предназначено .для использования в качестве управляемого вероятностного коммутатора И генератора случайных двоичных по.следовательностей при решении шиIpOKbro класса задач обработки информации, Известны вероятностные двоичные генераторы случайных последовательностей с пересчетом случайных импульсов за фиксированный интервал времени, в состав которых входят генераторы шума и пороговые элементы, осуществляющие квантование непр рывного шумового сигнала по двум уровням . Однако эти вероятностные двоичные элементы требуют несколько тактов для получения одного выходного значения, чувствительны к изменения параметров шума, имеют большую погрешность и возбуждают выходы только с ве эоятностью О, 5. -Известен автоматический вероятностный элемент, имеющий более расширенные функциональные возможности и включающий в свой состав генератор детерминированных периодических сигналов, триггер, ч а стотомер, запис вающий вторичный прибор, регулятор задатчик и реверсивный исполнительный механизм 2 . Данное устройство обеспечивает автоматическую стабилизацию вероятности появления импульсов в случайной последовательности и возможност изменения задания вероятности в широких пределах практически от О до но требует больших затрат оборудования. Наиболее близким к изобретению является вероятностный преобразователь, содержащий группу преобразователей код - вероятность, в соетав каждого из которых входит ре гистр сдвига и вероятностный двоичный элемент. В регистре содержится код подлежащего преобразованию , детермированного числа А. Случай- ное число формируется во вероятностном двоичном элементе (втором регистре), выполняющем роль генератора случайных сигналов. Процесс, протекающий здесь, состоит в том, что система в дискретные моменты времени переходит из одного состояния в другое. Случайное двоичное число X в каждом такте сравнивается с кодом детерминированного числа А. В случае, если X А, на схемы сравнения появляется символ , в противном случае - О . Так как каждая двоичная комбинация н одном входе схемы сравнения равновероятна, то единицы на выходе схемы прявляются с -вероятностью, пропорциональной входному числу А. Этот вероятностный двойной элемент позволяет преобразовать детерш1нированную величину в случайный имЬульсный поток. При этом между входной и выходной величинами реализуется линейная зависимость ГзЗОднако между входной и выходной величинами известного устройства не может быть реализована функциональная зависимость, что ограничивает его возможности. Целью изобретения является рас- ширение функциональных возможностей за счет получения нелинейной полиномиальной зависимости требуемого порядка. Эта цель достигается тем, что в стохастический функциональный преобразователь, содержащий группу входных вероятностных двоичных элементов и группу регистров, введены переключатель, узел Памяти, группа узлов памяти и группа выходных вероятностных двоичных элементов, причем вход переключателя является информационным входом стохастического преобразователя, управляющий вход переключателя соединен с первым выходом узла памяти, вход которого является управляющим входом стохастического функционального преобразователя элементов, а второй выход узла памяти соединен с управляющим входом первого регистра сдвига группы, управляющие входы остальных регистров сдвига группы подключены к выходам соответствующих входных вероятностных двоичных элементов группы, входы которых соединены с выходами переключателя, выходы первого входного вероятностного двоичного элемента группы подключены к информационным входам первого регистра сдвига группы, разрядные выходы k-ro регистра сдвига группы соединены соответственно с разрядными входами (k+1)го регистра сдвига группы (,n-1) и входами соответствую,щего узла памяти группы, выходы которых соединены с входами соответствующих выходных вероятностных двоичных элементов группы, выходы которых являются выходами функционального преобразователя. На чертеже изображена схема предлагаемого преобразователя. . Схема содержит инфopмaциoнJ ый вход 1, переключатель 2,вероятностные двоичные элементы 3, регистры 4 сдвига, узлы 5 памяти, выходные вероятностные двоичные элементы б, узел 7 памяти, управляющий вход 8. В преобразователе вход 1 через переключатель 2 подключен к входам входных вероятностных двоичных эле ментов 31 Выходы первого из них подключены к информационным входам первого из последовательно соедине йых по разрядным выходам-входам регистров 4 сдвига. Выходаа последних через соответствуютие последовательно соединенные узлы 5 памяти и выходные вероятностные двоичные элементы 6 подключены к выходу ггреобразрвафеля. Управляющий вход первого регистра 4 сдвига подключе к второму выходу узла 7 памяти, пе вый выход которого подключен к yп paвляющeмy входу переключателя 2, а выход является управляющим входом преобразователя. Улравляющие входы остальных регистров 4 подключены к выходам соответствующих вероятностных двоичных элементов 3 В основу одного из режимов работы преобразователя положена аппроксимация вероятносте14 возбуждения каждого выхода полиномами Бернштейна Р t j /х.и)-- (т)(т) СО оторые легко реализуются с по мощью операции биномиальной ;pu/)()--(к))) суперпозиции дискретных опорных вероятностей , . ;niiK)-pj (). (ъ) Система 1биномиальных распределений . (2) при этом получается путем параллельного сравнения di-V .если е $х 10,еслие, (4; входных х и вспомогательных случа ных б сигналов, а также подсчетадешифрацииK--,Lct- () полученных результатов. Законы рас Определения выходных сигналов в результате выполнения алгоритмов (4) , (5) в данном случае определяют ся теоремами о повторении опытов и операций композиции вероятностей появления единичных и нулевых значений, получаемых-с помощью вероят ностных двоичных элементов. Для Формирования системы дискретных оп ных вероятностей (3) можно использовать блоки памяти и вероятностные элементы, принпипы работы которых описаны. Преобразователь работает следую щим образом. На вход 1 поступает значение вх ной величины X. Через переключател 2 это значение.поступаетна входы всех входных вероятностных двоичных элементов. 3, где преобразуется в импульсные потоки с вероятностями появления единиц, прямо пропорциональными входной величине х. Полученные случайные импульсные потоки с выходов входных вероятностных двоичных элементов поступают на входы регистров 4 сдвига своего яруса. Регистр 4 первого яруса при этом принимает информацию с первого вероятностного двоичного элемента и служит для задания начального состояния. Каждая последующий регистр осуществляет сдвиг предыдущей информации. В результате с их помощью осуществляется операция подсчета-деши ации количества единиц на выходах входньк вероятностных двоичных элемёнт.ов 3. Причем в мС)«1ент времени воз буждается один из выходов каждого регистра 4. Сигналы с выходов регистров 4 поступают в узлы 5 памяти своего яруса. В э ависимости от воз буждения тех или иных выходов регистров 4 каждого яруса с узлов 5 памяти считываются определенные значения, которые поступают в выходные вероятностные двоичные элементы 6, где формируются соответствующие опорные вероятности JP(jj/) и передаются на выход устройства. В результате Перечисленных операций в фо эмйрователе проводится вероятностное биноминальное подключение опорных распределителей (3), чем обеспечивается в ярусах 1,2,..-.,п реализация полиномов Бернштейна первой, второй,..., п-й степени. Задание управляющих воздействий осуществляется с входа 1 или узла 7 памяти. В этот узел по входу 8 мОжет быть записана программа выдачи управляющих воздействий, а также программа задания исходного состояния первого регистра 4. Рассматриваемое устройство допус- : кает и другие режимы работы, так, если на входные вероятностные двоичные элементы подавать одинаковые х или разные х. входные значения и использовать вспомогательные, случайные сигналы с отличными от равномерного распределениями, можно легко получить следукядие вероятностные появления единичных и нулевых значений: Pfofr-i/vj-.FUi), (g; )-(-F{xi) (т; где F(x) - функции распределения вспомогательных случайных сигналов. 5 В итоге вероятности (2) принимаю PWX,Vl)U)))l (8) П )t4-i: Cx)(MY,i) Z elV --«-«lv -ltbi P|KU,,..,XO t п ,) г-t-- k -/....Ыь-К ,(10 tK|x,.;..,Xv,) L .пИЧУ|)1 , cl,-4....,-.Ki-.l . V : 0-F(x))i p(K/x,,....y)r , Л di4....4eL, 1И i 1: -рдхОз %(п;| 30 ЧТО значительно расширяет функционашь; вые возможности ус ойства. Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа. Так, например, при использовании нескольких вероятностных двоичных элементов на их выходах получаем только набор дискретных опорных вероятностей. Введение операции биномиальной cynepf позиции опорных вероятностей открывает возможность аппроксимации этих вероятностей полиномами Бернштейна, т.е. вероятности становятся функцио нально зависимы от входных значений. Это позволяет считать предлагаемое устройство блоком вероятностньрс двоичных элементов с линейной,квадратичной, ..., параболической зависимостями вероятностей появления единиц в каждом ярусе.

СТОХАСТИЧЕСКИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТ ВЛЬ, содержащий группу входных в€броятностных двоичных элементов и группу регистров, о т л и ч а.ю и и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения нелинейной полиномиальной зависимости требуемого порядка, он дополни- ,. тельнр содержит переключатель,узел памяти, группу узлов памяти и группу выходных вероятностных двоичных элементов,- причем в.ход переклю(Чателя является информационным входом стохастического функционального преобразователя, управляющий вход переключателя соединен с первьпл выходом узла памяти,.вход которого является управлякяцим входом стохастического функцирнального преобразователя элементов, а второй выход узла памяти соединен с управляющим входом первого регистра сдвига группы, управляющие входы осталь.ных регистров сдвига группы подключены к выходам соответствующих входных вероятностных двоичных элементов .группы, входы которых сое- « динены с выходРм переключателя,выСО ходы первого BxojqHoro вероятностного двоичного элемента группы подключены к информационным входам первохо регистра сдвига группы, разрядные сг BtJXOAH k-ro регистра сдвига группы соединены соответственно с разрядными входами (k+l)-ro регистра сдвига группы (,n-l) и входами соответствуюшего узла памяти группы, выхояВз которых соединены с вхо- Ю ьдамн соответствуюащх выходных вероят-. 1 ностных даричных элементов группы, вы.оо оо со 1 ходы которых являются выходами функ1ционального преобразователя.