Генератор случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что каждый преобразователь код - интенсивность содержит элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом преоб.разоватепя, при этом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя , а счетный вход счетчика является счетным входом преобразователя, выход элемента задержки соединен с входом Сброс счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых образуют управляющий вход преобразователя, а выходы эле.ментов И группы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ.

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого яв.ляется выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, содержит второй генератор пуассоновского потока импульсов, блок выравнивания интенсивностей пуассрновских потоков импульсов, первый к второй преобразователи код - интенсивность, первый и второй блоки памяти, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, первый выход которого соедилен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код - интенсивность, втоS «рой выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом . первого и синхронизирующим входом второго преобразователей код - интено сивность, выходы которых соединены е соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответстСП вующих преобразователей код-интен00 сивность соответственно.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании дискретных случайных процессов и цифровых кодов по заданному распределению, а также при моделировании марковских процессов гибели и размножения.

Известно устройство для моделирования случайного процесса гибели и размножения, содержащее две группы (2К) генераторов пауссоновских потоков импульсов, две группы 2(N-1) элементов И и N триггеров, где N - число дискретных значений (состояний) моделируемого процесса fll.

Недостатками этого устройства являются большой объем электронного оборудования, невысокая точность работы и сложность настройки из-за большого числа (2м) генераторов случайных потоков импульсов с регулируемыми интенсивностями.

Известно устройство для моделирования случайного процесса по вероят ностному графу с двумя выходами из каждого состояния, содержащее генератор случайного потока импульсов, два вероятностных (1,п)-полюсника, два блока элементов И, элементы ИЛИ, управляемый регистр сдвига, два блока памяти, блок моделирования состоя НИИ вероятностной сети, коммутатор, элементы И и задержек TZJ.

Однако известное устройство имеет ограниченные возможности по числу N моделируемых состояний случайного процесса, так как объем электронного

оборудования находится в линейной зависимости от числа N. ,

Известен генератор случайного процесса, содержащий группу W датчиков

случайных потоков импульсов, выходы

которых подключены к входам управляемых элементов И группы, выходы которых через шифратор соединены с входа ми регистра памяти, блок задания.длительнрсти испытаний, блок управления, регистр .адреса и группу блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами датчиков случайных потоков, а входы блоков памяти через регистр адреса подключены к- группе выходов блока управления C3J. Данный генератор также имеет большой объем электронного оборудования, поскольку для моделирования каждого

состояния случайного дискретного процесса используется отдельный управляемый датчик случайного потока импульсов. КрЬме того, известный генератор имеет невысокую точность

работы из-за трудностей стабилизации интенсивностей случайных потоков импульсов многочисленного состава (N) датчиков случайных потоков импульсов .

Наиболее близким к предложенному по техническ9й сущности и достигаемому результату является генератор флюктуационных колебаний, содержащий генератор пуассоновского потока

импулъсов выход которого соединен со счетнь1м входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами перрого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно. Генератор прост по устройству, имеет, неограниченные возмож ности по числу М моделируемых состоя НИИ дискретного случайного процесса и характеризуется высокой точностью работы, моделирует диффузионные процессы с равновероятными единичными приращениями в дискретные моменты времени С4. Недостатком этого генератора является то, что он формирует случайные процессы только с равномерным распределением их мгновенных значений. Цель изобретения - расширение области применения генератора путем формирования случайного процесса с заданным законом распределения без снижения точности работы. Для достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первый генератор пуассонсвского потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, введены второй генератор пуассоновского потока импуль сов, блок выравнивания интенсивноетей пуанссоновских потоков импульсов первый и второй преобразователи код интенсивность, первый и второй блок памяти, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интейсивностей пуассоновских потоков импульсов, пе вый выход которого соединен с синхр низирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код интенсивность, второй выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом первого и синхронизирующим входом второго преобразо вателей код - интенсивность, ВЫХОДэГ которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами ре версивного счетчика, выход которого также соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, вы ходы которых соединены с управляющими входами соответствуюи№1х преобразователей код - интенсивность соответственно. Кроме того, каждый преобразователь код - интенсивность содержит элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом преобразователя, при этом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя, а счетный вход счетчика является счетным входом преобразователя, выход элемента задержки соединен с входом Сброс счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых образуют управляю щй вход преобразователя, а выходы элементов И группы соединены с соответствующими входакм элемента ИЛИ. В предложенном генераторе для формирования случайного процесса моделируется марковский процесс гибели и размножения с соответствующими заданному распределению наборами интенсивностей переходов вправо п,ци,и, 0,N-1 и влево Oin,n-i (см. фиг. 3). Управление интенсивностями потоков осуществляется с использованием двух линейных преобразователей код - интенсивность. Управляющие для них двоичньк коды хранятся в двух блоках памяти и вызываются по адресу, определяемому текущим срстоянием реверсивного счетчика. Дпя расширения.спектра частот выходного случайного процесса и обеспечения высокой точности работы преобразователей код - интенсивность вместо равновероятностного двухполюс- ника включающего высокочастотный генератор, триггер и два элемента И ииспользуемого-в генераторе-прототипе, Б предложенньй генератор введен блок выравнивания интенсивностей двух пуассоновских потоков импульсов. На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайного процес са; на фиг. 2 - структурная схемапреобразователя код - интенсивность;S11на фиг. 3 - граф состояний рйверсивкого счетчика. Генератор случайного процесса содержит первый 1 и второй 2 генерато-ры пуассоновского потока импульсов, блок 3 выравнивания интенсивиостей пуассоновских потоков импульсов, первий 4 и второй 5 преоЪразователи код - интенсивность, первый 6 и второй 7 блоки памяти, реверсивный счетчик 8 и цифро-аналоговый преобразователь 9. Каждый преобразователь 4 (5) код интенсивность содержит элемент 10 задержки, счетчик 11, стробированный дешифратор 12, группу 13 элементов И и элемент 14 ИЛИ. Блок 3 выравнивания интенсивностей случайных потоков импульсов может быть .выполнен в виде логической схемы, реализующей следующий алгоритм: разделение каждого входного потока Я.Лт. на два потока с равными интенсисностямй .объединение(суммирование; новых ггар ЛОЛупотоков . .1 О1 2 - If -л 4--ч - ili :i ЛаЫУг . 11 2 Пример конкретного выполнения блока 3 выравнивания приводится в 5 . Блоки 6, 7 памяти представляют собой идентичные запоминающие устрой ства с пословной выборкой и одной ступенью дешифрации, для которых одна строка образует слово из m двоичных разрядов. Стробированный дешифратор 12 может быть выполнен в виде группы элементов И и дешифратора с потенциальными выходами, соединенными с первыми входами элементов И группы, вторые . входы элементов И группы объединены и являются управляющим входом стробированного дешифратора. Работа генератора состоит в следующем . С помощью блока 3 выравнивания пуассоновские потоки импульсов генератрров 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность 3 преобразуются в пуассоновские.потоки с равной интенсивностью (1) без нарушения их первоначальной взаимной не зависимости. Два потока импульсов равной интенсивности поступают на входы первого 4 и (.в противоположном 8 подключении) на входы йторого 5 преобразователей код - интенсивность. Работа преобразователей 4, 5 кодинтенсивность основана на использовании инвариантных вероятностных свойств двух независимых пуассоновских потоков равной интенсивности. Суть этих свойств состоит в том, что вероятности Pg появления , , 1, 2... импульсов первого Свторого) потока на интервалах между смежными импульсами второго (первого) потока не зависят от параметра 5. и определяются формулой Fj (1/2) , ,1,2,... (2) Эти свойства реализук)тся с помощью счетчика 11, стробированного дешифратора 12 и элемента 10 задержки. Импульсы потока интенсивностью 5k , поступающего на первый вход преобразователя 4(5), рапределяются по выходам стробированного дешифратора 12 и образуют v пересекающихся и независимых пуассоновских потоков с интёнсивностями . Olt (1/2) ,,т-1. (3) Для этого импульсы потока интенсивностью Д , поступающего на второй вход преобразователя 4(5), подсчитываются счетчиком 11 на случайных интервалах, определяемых смежньми импульсами управляемого потока, поступающего на первый вход преобразователя 4(5). В соответствии с.двоичным кодом Лр()( на управляющем входе преобразователя 4(5) открыты только те элементы И группы 13, которым соответствуют разряды кода, содержащие единицы . На выходе элемента 14 ИЛИ . образуется пуассоновский поток импульсов с интенсивностью Л 0, а/,а,..., а,Я, линейно связанной с интенсивностью Я коэффициентом Х (li,), представленным в виде двоичной правильной дроби О, а ,,,,. ..,а„, Потоки импульсов интенсивностью 0 Х„ , Х и СХ Х X с выходов первого и второго линейных преобразователей 4, 5 код - интенсивность воздействуют соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчйка 8, изменяя его текущее состояние. С каждым новым текущим состояршем nft реверсивного счетчика 8 на выходах первого 6 и второго 7 блоков памяти устанавливаются новые управляющие i pflbij . значения которых равны кодам Х, Xj;, хранящимся в блоках 6, 7 памяти по адресу. ft) . Таким образом, в предложенном генераторе моделируется марковский процесс м( ;с конечным числом состояний ,N-1 (где N - емкость реверсивного счетчика 8) и непрерывным временем. На фиг. 3 приведен граф состояний (значений) моделируемого случайного процесса, называемого процессом гибели и размножения. Дпя настройки генератора на требуемый закон Р, п 07м-1 необходимо решить известную систему уравнений РО+Р +Р.1-... 1 П1П-Н. . ц,, П 0,К-1 относительно jly «и ,. В общем случае система (4). имеет бесчисленное множество решений, так как отношения могут быть заданы при различных абсолютных значениях интенсивностей переходов. Поэтому с целью обеспечения максимального быс родействия генератора целесообразен следующий алгоритм рзссчета исходных данных. Из заданного множества Ру,, ,N-1 выбираем максимальное (либо одно из максимальных) значе1ние j y-lQib M I Присвоим интенсив,- пеО|«-1 , „К ностям перехода в состояние наибольшее значение 5. , которое обеспечивают линейные преобразователи 4, 5 код - интенсивность . Ми,,м ° (3 -Тогда интенсивности других переходов составят , Ин. (6) i уIM Из результатов расчета по форму.ле (6) составляются две строки интен сивностей переходов, значения которых выражены через Л с помощью двоичньк управляющих кодов Х и Х, представленных в виде двоичных правильных дробей , 3V.n,V 4V°X i. П-0,М-2 ;Л.n, Л , Значения кодов Х, Х заносятся соответственно в первый 6 и второй 7 блоки памяти цо адресу п. При этом в первый 6 и второй 7 блоки памяти соответственно по адресам и необходимо занести нули, что соответствует графу состояний реверсивного счетчика 8, приведенному на фиг.3. Использование в предложенном генераторе двух линейных преобразователей код - интенсивность с методической ошибкой управления, равной нулю, обеспечивает высокую точность воспроизведения заданных законов распределения . Преимуществом предложенного генератора в сравнении с генератором-прототипом является то, что при сохранении простоты реализации и малом объеме электронного оборудования, он позволяет формировать случайные дискретные процессы с практически неограниченным числом N состояний и любым законом распределения. Использование в качестве блоков памяти постоянных запоминающих устройств с электрическим перепрограммированием, например интегральных схем ПЗУ серии 519РЕ1, К558РР1, позволит использовать предложенный генератор в качестве датчика типовых распределений в течение длительного промежутка времени. Однако наиболее эффективно применениё генератора совместно с управляющей ЭВМ с целью освобождения ЭВМ от достаточно трудоемкой программной имитации случайных процессов. Предложенный генератор обладает максимальным быстродействием по сравнению с генераторами, в которых реализуются различные виды случайных испытаний, поскольку в схеме гибели и размножения наиболее рационально используется каждый импульс первичных случайных потоков. Практически все элементы предложенного генератора могут быть выполнены на элементной базе дискретной техники, что обеспечивает перспектиdy его использования в качестве специализированного модуля в современных ЭВМ.

Фиг.г Л12 . - IS:J:H- .

/праблйющий KoS . . 42.J