Генератор случайных чисел Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого через замыкакйщй контакт третьего реле

1099319.

соединен с входом блока регистрации, выход которого является выходом ге- , нератора.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти, блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора и повышения его быстродействия, он содержит два реле, генератор тактовых импульсов, вы 1итатель, квадратор, блок возведения в куб, умножитель, сумматор и блок управления содержащий два триггера, формирователь импульсов, третье репе и четыре элемента И, вход Пуск генератора через переключатель соединен с входом Пуск генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с счетным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с счетным входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым адресньм входом блока памяти и с входом Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым информационным выходом блока памяти, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И и с входом первого реле, выход второго элемента И сое(Л динен с входом второго реле и с третьим адресным входом блока памяти, выход третьего элемента И соединен с входом третьего реле, первый выход вычитателя через размыкающий контакт первого реле соединен с первым входом умножителя, второй выход вычитателя через замыкающий контакт со первого реле соединен с входом квадратора, выход которого через размыкаюсо щий контакт второго реле соединен с вторым входом умножителя, третий ;о выход вычитателя через замыкающий контакт второго реле соединен с входом, блока возведения в куб, выход которого соединен с третьим входом умножителя, второй информацион, ный выход блока памяти соединен с первым входом сумматора, третий, четвертый и пятый информационные выходы блока памяти соединены соответственно с четвертым, пятъщ и шестым входами умножителя, выход

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода обратных функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.ЛИ).

Известен генератор случайных чисел, содержа1Чий источники шума, интеграторы, блоки дифференцирования, элементы И, триггеры, клю«да, генератор тактовых импульсов lj.

Однако даннъ1й генератор позволяет, получать только равномерно распределенные случайные числа.

Наиболее близким техническим решением, к предлагаемому является генератор случайных чирел, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти, блок регистрации, элементы И, интегратор, ключи, блок сравнения, генератор линейно изменяющегося напряжения. 2J .

Однако данньй датчик весьма сложный по конструкции и не обладает высоким быстродействием. Кроме того он не имеет возможности формировать случайные числа с законами распределения, заданными неявно (системой моментов случайных величин эмпирической функцией распределения, дифференциальным уравнением относительно плотности распределения и др.

Цель изобретения - упрощение генератора и повышение его быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в,генератор случайных чисел, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чиселiблок памяти, , блок регистрации, введены два реле, генератор тактовых импульсов, вычитатель квадратор, блок возведения в куб, уножитель, сумматор и блок управйения, содержащий два триггера, формирователь импульсов, третье реле и четьфе элемента И, вход Пуск генератора через переключатель соединен i с входом Пуск генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с счетным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с первыми входами первого и вто0 рого элементов И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с счетным входом второго триггераj инверсный выход которого соединен с первЙ вход омтретьего 5 элемента И и с вторым входом перйого элемента И, выход которого соеди нен с первым адресным входом блока памяти и с входом Опрос датчика равномерно распределенных случай0 ных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым информационным выходом блока памяти, инверсный выход первого триг5 гера соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти, прямой выход второго Q триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И и с входом , первого реле, выход второго элемента И соединен с входом второго реле и с третьим адресным входом блока памяти, выход третьего элемента И соединен с входом третьего реле, первый выход вычитателя через размыкающий контакт первого реле соединен с первым входом умножителя, второй выход вычитателя через замыкающий контакт первого реле соединен с входом квадратора, выход которого через размыкающий контакт второго реле соединен с вторым входом умножителя, третий выход вычитателя через замы кающий контакт второго реле соединен, с входом блока возведения в куб, выход которого соединен с третьим вхо дом умножителя, второй информационный выход блока памяти соединен с первым входом сумматора, третий, четвертый и пятый информационные вы ходы блока памяти соединены соответ ственно с четвертым, пятым и шестым входами умножителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, вб1ход которого через замыкающий кон такт третьего реле соединен с входо блока регистрации, выход которого является выходом генератора. На фиг. 1 приведена блок схема генератора; на фиг. 2 - схема блока управления. Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, реле 3 и 4, блок 5 памяти, датчик 6 равномерно распределенных случайных чисел, вычитатель 7, квадратор 8, умножитель 9 блок 10 возведения в куб, суммаTop 11, блок 12 регистрации, переключатель 13. Блок 2 управления содержит триггеры 14 и 15, формирователь 16 импульсов, элементы 17 - 19 И, реле 20, элемент 21 И. Принцип работы генератора состоит в том, что он реализует способ получения случайных чисел на основе метода обратных функций в сочетании с операторными рядами С.ЛИ, позволяющими получать обратные функци для любых распределений в явном виде. Такой прием получения случайных чисел с заданным законом распределения обеспечивает высокие точность и эффективность работы генератора, так как сокращается чис ло машинных команд на получение одного случайного числа. Кроме того, отсутствует необходимость обращения к стандартным программам вычисления натурального логарифма или ввода в структурную схему неустойчивого в работе генератора пилообразного напряжения. Возможнополучение обратной функ ции (X), если использовать выражение ..gilLlslVx, еО - оператор преобразова имеющий вид i.: (2) 19 1 - ПЛОТНОСТЬ вероятности заданного закона распределения. .Применение формулы (1) в сочетании с известным методом обратных функций позволяет получать случайные числа с заданным закономраспре деления с помощью зависимости 00 (П вычисляемые коэффициенты;значение заданной функции распределения в опорной точке случайные числа, равномерно распределенные в интервале 0, . Ввиду быстрой сходимости ряда (1) целесообразно для получения случайных чисел с заданным законом распределения использовать конечное число членов выражения (3) х х -ни-р(Хо)Г DVU-F(XO) +tot-F(x) D; Работа генератора происходит в следующей последовательности. При включении генератора 1 тактовых импульсов происходит подача 1-го им- пульса на блок 2, управляющий сигнал с Которого поступает на датчик 6 случайных чисел, который вьщает равномерно распределенное в интервале о, число об на вычитатель 7. Одновременно этот управляюпдай сигнал воздействует на блок 5 памяти, с выходов которого постоянные коэффициенты (заранее рассчитанные и введенные в блок 5 в соответствии с требуемым законом распределения) пос- тупают в определенные блоки: Г(Х) в вьЧчитатель 7, XQ - в сумматор 11, D - в умножитель 9, в котором в промежутке между двумя тактовыми импульсами производится операция перемножения разности ы, -F(Xo)J , снимаемой с блока 7, на коэффициент О, . Результат поступает в сумматор 11. Второй тактовый импульс подает через блок 2 управления на реле 4 и блок 5 памяти, с выхода которого коэффициент D поступает в умножитель 9. При срабатывании репе 4

$10993

контакты 1 и 2 размыкаются, аконтакты 3 и 4 замыкаются, обеспечивая иксацию разности оС -F(Xjj)j в блоке 8, с выхода которого квадрат этой разности подается в блок 9, где 5 происходит перемножение ее с коэфициентом D. Произведение вьщается в сумматор 11 .

Третий тактовый импульс через блок 2 вызывает срабатывание реле 3 Ю обеспечивает подачу коэффициента в блок 9. Контакты 1 и 2 реле 3 азмыкаются, а контакты 3 и 4 замыкаются в результате чего разность ot -Р(Хд)3 поступает в блок 10 15 возведения в куб. Результат умножения коэффициента D, на величину оС-Р(Хд)3- отсыпается в сумматор 11.

Четвертый тактовый импульс вызывает срабатывание реле 20 блока 2 20 управления (фиг, 2), который контактами 1 и 2 соединяет выход сумматора 11с блоком 12 регистрации, где считывается первое случайное число по заданному закону распределения. Этим 25 же импульсом устанавливаются в исходное положение триггеры 14 и 15 (фиг. 2) блока 2 управления, в результате чего реле 3 и 4 возвращаются в первоначальное состояние. зо С поступлением пятого тактового импульса на блок управления процесс повторяется по приведенной схеме. Таким образом, в результате действия каждых 4-х тактовых импульсов в бло- , ке 12 регистрируется случайное число по заданному закону распределения. Благодаря этому создается возможность более рационального получения случайных чисел с требуемым дд законом распределения, что значи196 .

тельно расширяет функциональные возможности генератора случайных чисел.

Работа блока управления происходит в следующей последовательности. Первый тактовый импульс переводит прямой выход триггера 14 в единичное состояние. С этого выхода и инверсного выхода триггера 15 через элемент 17 И снимается первый управляющий сигнал. Второй тактовый импульс возвращает в исходное состояние триггер 14 и переводит в единичное состояние триггер 15. С прямого выхода триггера 15 и инверсного выхода триггера 14 через элемент 21 И подается второй управляющий, импульс на блок 5 памяти (фиг. 1). Одновременно с прямого выхода триггера 15 снимается сигнал вызывающий срабатывание реле 4 генератора. Третий тактовый импульс переводит в единичное состояние триггеры 14 и 15, с прямых выходов которых через элемент 18 И снимается третий управляющий сигнал. Четвертый тактовый мпульс возвращает в исходное состояние триггеры 14 и 15 и, тем самым, с помощью реле 3 и 4 (фиг. 1) переводит схему в первоначальное положение, а сигнал, снимаемый с инверсных выходов триггеров 14 и 15, через элемент 19 И вызывает срабатывание реле 20, контакты которого стоят в цепи, соединяющей сумматор 11 и блок 12 регистрации (фиг. 1).

Использование предлагаемого генератора случайных чиселувеличивает быстродействие на. 25-30% по сравнению с прототипом.

.И

t

W

о (

S

.1