Генератор потоков случайных событий Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

2. Генератор по п. 1, о т л ичающиЯся тем, что первичный источник случайных сигналов содержит датчик пуассонойского потока . импульсов, группу из п-1 последовательно соединенных элементов задержки (п - число выходав первичного источника случайных сигналов),

выход датчика пуассоновского потока импульсов соединен с входом первого элемента задержки, выход датчика пуассоновского потока импульсов совместно с выходами элементов задержки группы образуют группу выходов первичного источника случайных сигналов.

1. ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУ ЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ, содержащий первичный источник случайных сигналов, шифратор, выходы которого соединены с входами соответствующих разрядов р1егистра памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и с входами соответствующих разрядовсчетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход переполнения счетчика является выходом генератора.и соединен .с входом Сброс регистра памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит группу счетчиков и группу регистров памяти, информационные входы которых образуют информационный вход генератора, а информационные выходы регистров памяти группы соединены с информационными входами соответствующих счетчиков группы, управляющие входы которых объединены между собой и подключены к выходу элемента ИЛИ, группа выходов первичного ис(Л точника случайных сигналов соедине-. на с вычитающими входами соответству-/ ющих счетчиков группы, выходы которых соединены с соответствующими входами шифратора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании различных структно сложных объектов с учетом влияния случайных внешних факторов, при построении стохастических вычислительных и моделирующи устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов.

Известно устройство для формования потоков случайных событий, содержащее блок задания длительности случайного испытания, блок генераторов импульсов с регулируемыми частотами, блок схем совпадения, дизъюнкtopa, регистр номера схемы совпадения, счетчьк 1.мпульсов, генераторимпульсов l .

Недостатком дданного устройства является трудность его использования в автоматизированных системах из-за сложности сопряжения с ЭВМ и организации программного управления видом и числовыми характеристикми воспроизводимой функции paqnpeделения вероятностей формируемых случайных величин.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является управляемый .генератор потоков случайных событий, содержащий последовательно соединенные блок ввода потоков случайных И1лпульсов, выполненный на датчиках случайных импульсных потоков ДПСИ с регулируемыми интенсивностями, блок схем совпадения, шифратор номера схемы совпадения, регистр номера cxeNtta совпадения, счетчик импульсов, генератор импульсов , подключенный к счетному входу счетчика импульсов, блок задания длительности испытаний, подключенный к входам схем совпадения, схему блокировки, входы которой соединены с регистррм номера схемы совпадения, а выход подключен к входам схем совпадения, входящих в .блок схем совпадения. Блок схем совпадения выполнен на трехвходовых элементах И. Первые входы всех схем

совпадения объединены и подключены к выходу схемы блокировки, вторые входы схем совпадения также объединены и подключены к выходу блока задания длительности испытания, одинаковой для всех схем совпадения, на третий вход каждой схемы совпадения поступает случайный импульсный поток от соответствующего ей датчика потоков случайных импульсов

0 ДПСИ блока ввода потоков Случайных импульсов. При наличии разрешающего сигнала на выходе схемы блокировки проводится случайное испытание, заключающееся в выработке блоком

5 задания длитeJ ьнocти испытания разрешающего сигнала для всех схем совпадения и в определении номера той схемы совпадения, на выходе которой импульс от соответствующего

Q ей ДПСИ блока ввода потоков случайных импульсов появился первым. Этот номер записывается в регистр номера схемы совпадения, что приводит к срабатыванию схемы блокировки, и

5 все схемы совпадения, входящие в блок схем совпадения, закрываются по одному из входов до начала следующего испытания. В дальнейщем номер схемы совпадения, на выходе которой появился сигнал, записанный в регистре номера схемы совпадения, преобразуется во временной интервал между импульсами на выходе устройства .

При изменении интенсивности вы5 ходного потока за счет регулирования частоты генератора импульсов, заполняющих счетчик при преобразовании случайного кода во временной интервал, вид воспроизводимой функции

0 распределения вероятностей не изменяется.

Кроме того, устройство обладает тремя формами представления заданной функции распределения вероятностей: 5 пространственной (выходы схем совпадения блока схем совпадения возбуждаются в соответствии с воспроизводимой Функцией распределения), цифровой (поток номеров cpa6oTaBLiHX схем совпадения, т.е. схем, через которые прошел импульс) и временной (интегралы времени между нмпульсами на выходе устройства) 2 . Недостатками известного устройства являются трудность азтоматизации процесса к недо.статочная точность перенастройки на воспроизведение другой функции распределения вероятностей, что связано с необход мостью изменения интенсивностей ДПС являющихся, как-правило, аналоговыми компонентами устройства. Недоста ком является также необходимость использования большого числа ДПСИ с регулируемыг и интёнсивностями для воспроизведения с требуемой точност заданной функции распределения вероятностей. Целью изобретения является повышение точности генератора за счет обеспечения возможности цифрового управления видом и числовыми характеристиками воспроизводимой функции распределения вероятностей, а также упрощение устройства. Для достижения поставленной цели в генератор потоков случайных событий, содержащий поперечный источник случайных сигналов, шифратор, выход которого соединены с входами соотве ствующих разрядов регистра памяти, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ и с входами соответствующих разрядов счетчика, счетный вход которого соединен с выходами генератора импульсов, а выход переполнения счетчика является выходом генератора и соединен с входом Сброс регистра памяти, введены группа счетчиков к группа регистров памяти, информационные входы которы образуют информационный вход генера тора, а информационные выходы регис ров памяти группы соединены с инфор мационньи й входами соответствующих счетчиков группы, управляющие входы которых объединены между собой и подключены к выходу элемента ИЛИ, группа выходов первичного источника случайных сигналов соединена с вычитающими входами соответствующих счетчиков группы, выходы которых со динены с соответствующими входами шифратора. Кроме того, первичный источник случайных сигналов содержит датчик пуассоновского потока импульсов и группу из п-1 последовательно соединенных элементов задержки (п число выходов первичного источника случайных сигналов) , выход датчика пуассоновского потока игчпульсов сое динен с входом первого.элемента задержки, выход датч1 ка пуассоновского потока импульсов совместно с выходами элементов задержки группы образуют группу выходов первичного источника случайных сигналов. В связи с тем, что в .устройство дополнительно введены блок счетчиков и блок регистров, настройка на воспроизведение заданной функции распределения вероятностей осуществляется путем изменения соотношения кодов, записанных в счетчики блока счетчиков, а не за счет изменения интенсивностей.ДПСИ, как это делается в известном устройстве, изменяя программно коды, хранящиеся в блоке счетчиков, можйо осуществлять программное- управление видом и числовыми характеристиками воспроизводимой функции распределения вероятностей. Интенсивности всех потоков случайных импульсов, поступающих от блока ввода потоков случайных импульсов на счетчики, постоянны, одинаковы для всех счетчиков и не изменяются в процессе перенастройки на воспроизведение другой функции распределения- вероятностей. Это позволяет использовать один датчик потоков случайных импульсов и осуществить для него стабилизацию интенсивности формируемого потока. На чертеже представлена структурная схема генератора. Устройство содержит первичный источник 1 случайных сигналов, шифратор 2, регистр 3 памяти, счетчик 4, генератор 5 импульсов, элемент ИЛИ 6, группу 7 регистров памяти и группу 8 счетчиков. Первичный источник 1 случайных сигналов содержит датчик 9 пуассоновского потока импульсов и группу. 10 элементов задержки. Первичный источник 1 случайных сигналов предназначен для формирования п независимых потоков случайных импульсов с требуемой интенсивностью. Шифратор 2 предназначен для преобразования п-разрядного унитарного кода номера того счетчика группы 7 счетчиков, от которого пришел первым сигнал равенства нулю содержимого этого счетчика, в позиционный код соответствующей разрядности. Регистр 3 памяти предназначен для запоминания номера того счетчика группы 7 счетчиков, от которого первым после начала случайного испытания приь1ел сигнал равенства нулю его содержимого. Счетчик 4 и генератор 5 импульсов предназначены для преобразования кода, поступившего из регистра 3, во временной интервал. Элемент ИЛИ предназначен для запрещения в течение времени проведения случайного испытания повторной записи содержимого группы 7 регистров в группу 8 счетчиков. Сигнал на выходе элемента ИЛИ 6, запрещаю щий эту перезапись, появляется в т случае, если хотя бы на одном из его входов (хотя бы в одном из разрядов регистра 3) присутствует сигнал, соответствующий единице. Группа 7 регистров предназначена для хранения управляющих кодов, поступающих от внешнего источника, например, от управляющей ЭВМ, и оп ределяющих вид воспроизводимой. функции распределения вероятностей и ее числовые характеристики. Группа 8 счетчиков, содержащая п счетчиков /п -I число интервалов квантования воспроизводшлой функци распределения вероятностей), предназначена для реализации случайног испытания. Датчик 9 пуассоновского потока импульсов предназначен для формиро вания пуассоновского потока с инте сивностью .. . 1рурпа элементов Ю задержки предназначена для получения из одного случайного импульсного потоку., например пуассоновского потока с интенсивностью 7 , п независимых потоков с той же интенсивностью. Для этого может быть использовано свойство пуассоновского потока, заключающееся в том, что длительности интервалов между соседними сигналами в пуассоновском потоке независимы друг от друга. Два пуассоновских потока на входе и на выходе линии задержки будут практически незавиСИМЫ друг от друга,-если за время задержки с вероятностью, близкой в единице, приходит очередной импульс входного потока. Требуемая величина задержки t- определяется по формул , 1 . t en-, А - интенсивность пуассоновского потока, Р - вероятность появления им пульса на выходе датчика 6 потока случайных импул сов за время t. Генератор работает следующим образом. На выходе одного из счетчиков группы 8 счетчиков появляется сигна свидетельствующий о том, что этот счетчик находится в нулевом состоянии, т.е. об окончании предыдущего случайного испытания. Этот сигнал (при отсутствии сигналов от других Счетчиков группы 8 счетчиков) также образует унитарный код номера счетчика Группы-8 счетчиков, который обработал в данном испытании. Этот унитарный код преобразуется в позиционный код шифратором 2 и запоминается в регистре 3. Элемент ИЛИ 6 вырабатывает сигнал, осуществляющий перезапись содержимого группы 7 регистров в группу 8 счетчиков, чем подготавливается исходное состояние для следующего случайного испытания. Одновременно с этим счетчик 4, считая импульсы от генератора 5 импульсов, преобразует код, поступивший от регистра 3, во временной интервал. Когда содержимое счетчика 4 станет равным нулю, формируется выходной импульс, который появляется на выходе и одновременно сбрасывает в О регистр 3, а элемент ИЛИ 6 при этом разрешает проведение нового случайного испытания, заключающегося в том, что пуассоновские потоки импульсов с выходов источника 1 поступают на вычитающие входы соответствующих им счетчиков. Каждый случайный импульс уменьшает содержимое соответствующего счетчика на единицу до тех пор, пока содержимое одного из счетчиков не станет равным нулю. Новое случайное испытание на этом заканчивается, и унитарный код вновь поступает на шифратор 2. Далее процесс формирования случайных величин повторяется. Для настройки устройства на воспроизведение требуемой функции распределения вероятностей необходимо в группу 7 регистров занести коды, определяющие вид этой функции и ее Ч1 ловые характеристики. Расчет этих кодов производится исходя из набора вероятностей, аппроксимирующих воспроизводимую функцию распределения вероятностей, по формуле . у., ах р . t р. rnxn 5 л где К; - управляющий (начальный) код 4 -го счетчика, обеспечивающий появление сигнала о нулевом состоянии на выходе i -го счетчика с вероятностью Р , ,„у максимальный управляющий IlU А / (начальный) код, определяемый разрядностью счетчиков, , m - разрядность счетчиков, Р . - минимальная вероятность из набора вероятностей Г, Р,2 , ..., РпЗ Р - вероятность из набора вероягностей, выбранного для аппроксимации воспроизводимой функции распределения. Формула (l) получена следующим образом. Вероятность того, что -и счетчик будет установлен в О первым. обратно пропорциональна величине управляющего кода, записанного в чем больше код, записанный в -и счетчик, тем меньше вероятность появления сигнала о том, что этот счетчик первым оказался в нулевом состоянии. Из этого следует, что i kj-p Поставив в соответствие максима но возможный код в счетчиках с дан НОЙ разрядностью минимальной вероятности из выбранного набора вероя ностей, изГ выражения (2) получаем (1) , При выборе разрядности сче чиков следует иметь в виду, что чем больше разрядность счетчиков, тем выше точность воспроизведения заданного набора вероятностей и те ниже быстродействие устройства. Эт видно из выражения ср т сL, ср где -i. f(. - интенсивность пуассоновского потока импульса на выходе датчика потока сл чайных иг шульсов ДПСИ, Tgp- среднее время до появления на выходе одного из счетчиков сигнала о его переходе в нулевое состояние. Генератор может работать и в нестационарном режиме, т.е. в режиме постоянной смены кодов в блоке 7 регистров, однако при этом необходимо учесть, что смена кодов в блоке 7 регистров не должна происходить одновременно с-записью этих кодов в счетчики блока 6 счетчиков. Использование предлагаемого устройртва в комплексе с ЭВМ или другим источником управляющих кодов позволяет формировать несгтационарные потоки случайных сигналов. При этом реализуется цифровой метод упг равления видом воспроизводимой функции распределения вероятностей и ее числовыми характеристиками, позволяющий осуществить оперативную.перенастройку с одной функции распределения на другую, повысить точность воспроизведения требуемой функции распределения вероятностей, использовать устройство Вкомплексе с ЭВМ. Кроме того, предлагаемое устройство содержит только один датчик потоков случайных импульсов, причем интенсивность его может быть постоянной, что обеспечивает высокую стабильность и точность работы устройства.