Устройство для определения характеристик случайного процесса Советский патент 1985 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным средствам- вычислительной техники и может найти применение при определении статистических ха рактеристик случайных величин в тех случаях, когда-процессы описываются определенным классом распределений, причем конкретный вид распределений в пределах этого класса заранее неизвестен и может меняться во времени. Цель изобретения - повышение точности аппроксимации неизвестных распределений .случайныхвеличин экспоненциального типа в области больших положительных значений аргумента. На фиг,1 изображена структурная схема устройства для определения характеристик случайного процесса; на фиг.2 - структурная схема блока определения максимума. Устройство для определения характеристик случайного процесса содержит. (фиг.1) блок 1 определения максимума, первый уср.едняющий (некурсивный) фильтр 2, первый элемент И 3, первый блок 4 вычитания, квадратор 5, генератор 6 импульсов, трехвходовый переключатель 7, регистр 8, второй усредняющий (нерекурсивный) фильтр 9, счетчик 10, элемент 11 задержки, второй элемент И 12, второй блок 13 вычитания, первый делитель 14 кода, блок 15 извлечения корня, второй делитель 16 кода, умножитель 17, дополнительньй делитель 18 кода, логарифматор 19, При этом блок 1 определения максимума содержит (фигс2) регистр 20 буферной памяти, генератор 21 импуль сов, переключатели 22,- регистр, 23, первый коммутатор 24, счетчик25 импульсов, схему 26 сравнения, второй коммутатор 27, ключ 28,

Устройство реализует следующий алгоритм работы.

Для описания правых хвостов функций распределения всего, классараспределений экспоненциального типа используется общее выражение

F{x M-lexpH, ()

.1-()( приведенное значе ние случайной вение случайной величины. 170465 5 О И вы из вы 5 ма х ны в з вы вы вы

Устройство работает следуюпрш об. разом.

И независимых значений выборки + .,, И -поступают: на вход (фиг. 1) блока 1 определения HSIKCHмума, являющегося входом устройства.

Это .соответствует (фиг,2) поступлению выборки на вход регистра 20 буферной памяти.

Регистр 20 буферной памяти после заполнения выдает сигнал в генератор 21 импульсов, который по этому сигналу выдает на тактовый вход ре. 2 параметры, определяемые из опытных данных учи. тывающие особенности поведения хвоста конкретного распределения;h - объем выборки. елью определения параметров п Р производится ка объемом h членов; в каждой выборок после их ранжирования аются соответствующие максиые значения х , х .... вычисляется среднее максималь начений , (2) ляется дисперсия максимальных ний (3) „«х -. ( j тал ) max ;.) яется оценка яется оценка п - O. n°max } ос ляется оценка

гистра 23 пачку из п импульсов. Под воздействием тактовых импульсов значения выборки из регистра 20 буферной памяти последовательно поступают через информационный вход в регистр 23. Таким образом в регистре 23 образуется неупорядоченная выборка значений х, , х,...,Хп.

Значения выборки одновременно с записью в регистре 23через информа-. ционные выходы разрядов этого регистра устанавливаются на соответствующих им входах первого коммутатора 24 и переключателей 22, а значение п -го разряда этого регистра устанавлива- ется и на входе ключа 28.

Генератор 21 импульсов, закончив выдачу пачки из П тактовых импульсов, rio своему выходу вьщает пачку из Я -1 синхроимпульсов, поступающих на синхровходы первого коммутатора 24, второго коммутатора 27 и на вход счетчика 25 импульсов. Под действием последовательности синхроимпульсов и в такт с ними;начинается процедура ранжирования выборки.

Процедура ранжирования основана на алгоритме попарной перестановки. При просмотре каждое значение выборки х; сравнивается с соседним значением Xj . Пара значений выборки, для которых справедливо неравенство ., меняется местами. Таким образом, член выборки, имеющий наибольшее значение, уже при первом цикле просмотра займет крайнее место Х(л в ранжированном ряду.

Метод попарной перестановки реализован в блоке 1 определения максимума следующим образе.

Первый коммутатор 24 в такт с синхроимпульсами производит последо ательно подсоединение информационных выходов каждой соседней пары разрядов регистра 23 к двум входам схемы 26 сравнения. В результате .сравнения каждой пары соседних членов выборки схема 26 сравнения вьщает

значение -1 при х- к- и

tt 4 II

при

.

Работая синхронно с первым коммутатором 24, второй коммутатор 27 последовательно соединяет выход схемы 26 сравнения с входом того переключат теля 22, который своими другими двумя входами, а также двумя выходами соединен соответственно с информационными выходами и информационными входами

каждого из пары разрядов регистра 23 содержимое которых анализировалось схемой 26 сравнения.

Переключатель 22 соединяет подключенные к нему информационные выходы сравниваемой пары соседних разрядов к своим выходам таким образом, чтоОы при -1 на входе второго коммутатора 27 содержимое сравниваемых раэрядов регистра 23 осталось неизменным, а при 1 - поменялось местами путем переписьшания из одного разряда в другой. Затем переключатель 22 возвращается в нейтральное положение

В конце цикла просмотра осуществляется однократное попарное сравнение и перестановка всех членов вы- , борки, содержащихся в регистре 23.. При этом максимальное значение х j соответствующее первой выборке из п значений, устанавливается в последнем П -м разряде регистра 23.

В этот же момент счетчик 25 импульсов, закончив счет пачкк из П -1 импульсов, вьщает импульс, который поступает на управляющий вход ключа 28 и открывает его, обеспечив поступление значения х на выход ключа

то Wt

28, который одновременно является первым выходом блока 1 определения максимума. Кроме того, импульс с выхода счетчика 25- импульсов поступа- ет также на другой йыхрд блока 1 определения максимзт а и на вход сброса счетчика 25 импульсов.

Таким образом (фиг.1),в результате анализа каждой из m выборок на первом выходе блока 1определения максимума вьщается значение х) (1,2,...,м), а на втором выходе появляется импульс.

Значения х- „ с первого выхода блотт

ка 1 определения максимума последовательно поступают на вход первого фильтра 2 и на информационный вход регистра 8. Первый фильтр 2 работает в режиме усреднения и обеспечивает вычисление среднего максимального значения х, в Соответствии х: выражением (2). Регистр 8 благодаря поступлению на его тактовый вход через переключатель 7 импульсов с второго выхода блока 1 определения максимума производит последовательную запись поступающих в него через информационный вход значений

Одновременно импульс с второго выхода блока 1 определения максимума поступает на вход счетчика 10. Сосчитав m импульсов (это означает, что на выходе первого фильтра 2 .появилось рассчитанное значение х , а в регистре 8 .последовательно записаны все значения х:) счетчик 10 выдает импульс, который поступает на соответствующие входы элемента И 3 и трехвходового переключателя 7,на вход запуска генератора 6 импульсов, на вход сброса счетчика 10 и на вход элемента 11 задержки. ;

По этому сигналу генератор 6 импульсов выдает пачку из импульсов, которые через переключившийся переключатель 7 поступают на тактовый вход.регистра 8, считывая из него записанные значения х- . Эти значения последовательно поступают на один из входов блока 4 вычитания, на другой вход которого через открытый элемент И 3 с выхода фильтра .2 подается значение х . ОдновременганХ

НО ЭТО же значение с выхода элемента И 3 поступает на один из входов второго блока 13 вычитания.

В блоке 4 вычитания выполняется

операция х- - х , результат котоjnioj пкак

рой, пройдя квадратор 5 будучи возведенным в квадрат, поступает на вход второго усредняющего фильтра 9, работающего в режиме обычного усреднения. Во втором фильтре 9 вычисляется дисперсия)д максимальных значений в соответствии с выражением (3

Импульс с выхода счетчика 10, задержанный элементом 11 задержки на время, необходимое для формирования на выходе второго фильтра 9 значения И , открьюает второй элемент И 12. Значение д через элемент И 12 поступает в блок 15 извлечения корня отку да величина., попадает в перв.ый деinqr

литель 14 кода, где вычисляется оценка ij. в соответствии с выражением (4).

Выход первого делителя 14 кодов является выходом устройства, вьщаннци

найденное значение оценки параметра tif . Одновременно с выхода первого дедителя 14 кода значение «2д поступает .на первый вход умножителя 17 ина вход второго делителя 16 кодов . В последнем вычисляется величина 0,5772/0 , которая поступает на второй блок 13 вычитания, где вычисляется оценка и в соответствии с . выражением (5).

Выход второго блока 13 вычитания является вторым выходом устройства, вьщающим найденное значение оценки параметра Ujj ..Одновременно найденное значение параметра и„ с выхода второго блока 13 вычитания поступает на второй вход умножителя 17, который производит операцию умножения Of . 0„ . Значение произведения поступает на один из входов дополнительного делителя 18 кода.

Известное значение объема выборки П вводится в логарифматор 19, где вычисляется Вц h . Эта величина поступает на второй вход дополнительного делителя 18 кода, где в соответствии с выражением j(6) вычисляется величина оценки . Выход дополнительного делителя 18 является дополнительным информационным выходом устройства, вьща1ющим найденное значение оценки параметра Т .

С выходов устройства значения параметров ОС Vn п аппроксимирующего распределения, соответствующие конкретному на данный отрезок времени ВИДУ функции распределения:.экспоненциального типа, поступшот на входы других Технических устройств для использования.

Затем процесс: повторяется д.ля новых значений выборки;

Таким образом, благодаря введению i прототип новых блоков и новых связей Д стигается повыщение точности аппроксимции неизвестных распределений случайных величин экспоненциального типа в области больших положительных значений аргумента.

Фиг.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА по авт.ев, № 1100628, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит логарифматор, дополнительный делитель кода и умножитель, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого делителя кода и BTopoi-o блока вычитания, а выход умножителя подключен к первому входу дополнительного делителя кода выход которого является дополнительным информационным выходом устройства, второй вход дополнительного Делителя кода соединен с выходом логарифматора, вход которого является входом задания постоянной величины устройства.