Генератор случайных чисел Советский патент 1986 года по МПК G06F7/58 

|С

О5 ГС

4

СО

tc

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в имитационном моделировании стационарных случайных импульсных процессов с заданными законом распределения и автокорреляционной функцией.

Цель изобретения - повышение быстродействия генератора.

На фиг. 1 приведена функциональная схема генератора; на фиг. 2 - функциональная схема блока анализа; на фиг. 3 - функциональная схема блока задания автокорреляционной функции.

Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, элементы 2 и 3 задержки, первичный датчик 4 случайных чисел, счетчик 5, элемент ИЛИ 6, блок 7 анализа, блок 8 памяти, блок 9 динамической памяти, блок 10 задания автокорреляционной функции.

Блок 7 анализа содержит вычитатель 11, элементы 12 и 13 памяти, схемы 14 и 15 сравнения, коммутатор 16.

Блок 10 задания автокорреляционной функции содержит вычитатели 17, умножители 18, сумматор 19.

Функциональные блоки устройства выполняют следующие функции.

Предварительно в блок 9 динамической памяти записываются исходные члены генерируемой последовательности (начальные условия), а емкость счетчика 5 выбирают равной заданному объему порождающей совокупности случайных чисел. При появлении сигнала на входе блока 9 содержащаяся в нем информация сдвигается, а в освободившуюся ячейку памяти записывается число с выхода блока 7.

В блок 8 памяти предварительно записывают значения коэффициентов, определенные исходя из вида заданной автокорреляционной функции. Кроме того, в блок 8 памяти записывают также заданное среднее значение X генерируемой числовой последовательности и допустимые значения погрешностей предсказания. Указанные величины являются постоянными и не изменяются в процессе работы устройства.

Блок 10 вычисляет прогнозируемое значение X очередного члена последовательности исходя из значений ее предыдущих членов, заданных значений коэффициентов и заданного среднего значения последовательности.

Датчик 4 случайных чисел с тактовой частотой генератора 1 выдает исходные некоррелированные случайные числа с заданным законом распределения. В качестве датчика 4 может быть использован любой известный генератор некоррелированных случайных чисел с заданным одномерным законом распределения.

Счетчик 5 ведет подсчет количества появившихся случайных чисел и сбрасывается

в ноль выходным импульсом блока 7. Если в течение N тактов импульс сброса не поступает, счетчик 5 сбрасывается в ноль автоматически, что сопровождается появлением импульса на его выходе переполнения. В блоке 7 из поступающих на его первую группу входов случайных чисел формируется последовательность, сходящаяся к прогнозируемому значению Х . Если очередной член этой сходящейся последовательности будет отличаться от прогнозируемого значения на величину, меньшую заданной погрешности предсказания, на выходе блока 7 появляется импульс, а на информационных выходах появляется указанный член сходящейся последовательности. Сигналом, поступающим на его вход начальной установки, блок 7 переводится в исходное состояние.

Устройство функционирует следующим образом.

На выходах датчика 4 под воздействием

импульсов генератора 1 возникает последовательность некоррелированных случайных чисел с заданным одномерным законом распределения. При появлении очередного числа содержимое счетчика 5 увеличивается

на единицу. Из этих чисел в блоке 7 формируется последовательность чисел, сходящаяся к прогнозируемому значению Х . Эта последовательность появляется на выходах блока 7. Для каждого числа этой формируемой последовательности в блоке 7 осушествляется вычисление модуля разности указанного числа и прогнозируемого значения Х . Если эта разность становится меньшей допустимой погрешности предсказания, то на выходе блока 7 возникает импульс. Последний сбрасывает счетчик 5 в ноль и через

элемент ИЛИ 6 дает разрешение блоку 9 на сдвиг информации и запись в освободившуюся ячейку числа с выходов блока 7. При этом на выходах блока 9 устанавливается очередное значение случайного числа из

генерируемой последовательности. Одновременно выходной импульс элемента ИЛИ 6 переводит блок 7 в исходное состояние.

Если же в течение N тактов сбрасывания датчика 4 (считая с момента сброса

счетчика 5 в ноль) ни для одного из членов сходящейся к Х последовательности не выполняется указанное условие, то под воздействием импульса переполнения счетчика 5 (через элемент ИЛИ 6) в блоке 9 осуществляются сдвиг информации, запись в

освободившуюся ячейку числа с выходов блока 7 и установка последнего в исходное состояние. Поскольку на выходах блока 7 генерируется последовательность чисел, сходящаяся к прогнозируемому значению Х

то очевидно, что в блок 9 будет записано число, ближайшее к Х .

После сдвига на одну ячейку всех чисел, хранящихся в блоке 9, блок 10 выдает новый прогноз, и цикл работы устройства вновь повторяется. Элементы 2 и 3 задержки служат для согласования временных задержек в блоке 7. Узлы и блоки, входящие в состав блока 7, выполняют следующие функции. Вычитатель 11 вычисляет разность Z при этом на выходах «MOD появляется значение модуля разности, а на выходе «SGN - код знака, причем потенциал логической единицы означает положительное значение разности, а потенциал логического нуля - отрицательное. Двухадресные элементы 12 и 13 памяти содержат в своих регистрах по два двоичных числа. При нулевом потенциале на входе «WR/RD они находятся в режиме «чтение и выдают на выход то из чисел, адрес которого (единица либо ноль) присутствует на их адресном входе. При единичном потенциале на входе «WR/RD они находятся в режиме «запись, при этом информация записывается в тот из регистров, адрес которого присутствует на их адресном входе. Элемент 13 памяти содержит, кроме того, вход начальной установки, при появлении единичного потенциала на котором во все разряды регистров записываются единицы. Вход начальной установки может быть подключен к установочным входам регистров, входящих в состав элемента 13 памяти. Каждая из схем 14 и 15 сравнения выдает единичные потенциалы на выходе при выполнении условий COOTветственно. Схемы 14 и 15 сравнения являются стробируемыми для исключения их ложных срабатываний из-за задержки распространения сигналов в цепях устройства. Коммутатор 16 в зависимости от потенциала (единица либо ноль) на его адресном входе пропускает на выход сигналы с первой либо второй групп входов соответственно. В целом блок 7 функционирует еледующим образом. На входы уменьшаемого вычитателя 11 и на информационные входы первого элемента 12 памяти поступает последовательность случайных чисел, вырабатываемых датчиком 4. На вход вычитаемого вычитателя 11 подается прогнозируемое значение очередного члена Х генерируемой последовательности. На выходе «MOD вычитателя 11 образуется значение модуля разности, на выходе «SGN - потенциал (код) знака разности. В первой схеме 14 сравнения производится сравнение очередного значения модуля разности с числом, записанным ранее в элементе 13 памяти по данному адресу. Если значение модуля является меньшим, то выходным импульсом первой схемы 14 сравнения в элемент 13 памяти записывается очередное значение модуля, а в элемент 12 памяти - очередное значение последовательности. В противном случае запись не производится. Таким образом, в регистрах первого элемента 12 памяти происходит последовательная запись членов числовых последовательностей, сходящихся сверху и снизу (в зависимости от адреса) к прогнозируемому значению Х . В регистрах второго элемента 13 памяти при этом осуществляется запись последовательно уменьщающихся значений модулей разности, Указанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока по одному из адресов модуль разности не станет меньшим заданной погрешности предсказания. При этом на выходе второй схемы 15 сравнения возникает импульс, который поступит на выход блока 7. Под воздействием этого импульса в блок 9 запишется очередной член генерируемой последовательности, счетчик 5 сбросится в ноль, а в регистры второго элемента 13 памяти запишутся единицы (максимально возможное число). Далее цикл работы блока 7 повторяется. При этом модуль разности появившегося в новом цикле случайного числа будет меньшим содержимого регистров второго элемента 13 памяти, следовательно оно будет записано в первый элемент 12 памяти и с него начнется формирование очередной сходящейся к новому значению Х последовательности. Блок 10 аналогичен блоку задания автокорреляционной функции известного устройства. В каждом из устройств вычитания 17-К (К Цп) осушествляется центрирование случайных чисел, т.е. определяется модуль разности |Xtc/ /XK - X/ и знак разности. Умножиуели 18-К вычисляют произведения Вк Х« , значения которых вместе с кодом знака поступают на входы сумматора 19. В последнем осуществляется вычисление очередного прогнозируемого члена. Формула изобретения 1. Генератор случайных чисел, содержаЩий первичный датчик случайных чисел. блок памяти, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока задания автокорреляционной функции соответственно, вторая группа входов которого подключена к группе выходов блока динамической памяти соответственно, первый из которых является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит генератор тактовых импульсов, два элемента задержки, счетчик, элемент ИЛИ и блок анализа, содержащий вычитатель, коммутатор, два элемента памяти и две схемы сравнения, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого элемента задержки и с входом «Опрос первичного датчика случайных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя и с информационным входом первого элемента памяти, выход которого соединен с информационным входом блока динамической памяти, выход первого элемента задержки соединен с входом второго элемента задержки и с синхронизирующим входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с управляющими входами первого и второго элементов памяти, адресные входы которых объединены с управляющим входом коммутатора и подключены к знаковому выходу вычитателя, информационный выход которого соединен с первым входом первой схемы сравнения и с информационным входом второго элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом первой схемы сравнения и с первым входом второй схемы сравнения выход которой соединен с первым входом элемента ИЛИ и с установочным входом счетчика, выход переполнения которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с синхронизирующим входом блока динамической памяти и с входом записи максимального числа второго элемента памяти, первый и второй выходы задания погрешности блока памяти соединены соответственно с первым и вторым информационными входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом второй схемы сравнения, синхронизирующий вход которого объединен со счетным входом счетчика и подключен к выходу второго элемента задержки, выход блока задания автокорреляционной функции соединен с входом вычитаемого вычитателя,

третий выход блока памяти соединен с входом блока задания автокорреляционной функции.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что блок задания автокорреляционной функции содержит группу вычитателей, группу умножителей и сумматор, выход которого является выходом блока, первой группой входов которого являются первые входы умножителей группы, группы выходов которых соединены с входами сумматора соответственно, вторые входы умножителей группы, подключены к выходам соответствующих вычитателей группы, первые входы которых объединены между собой и являются входом блока, второй группой входов которого являются вторые входы вычитателей группы.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в имитационном моделировании стационарных случайных импульсных процессов с заданными одномерным законом распределения и автокорреляционной функцией. Целью изобретения является повышение быстродействия генератора. Генератор содержит генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы задержки, датчик случайных чисел с заданным законом распределения, счетчик, элемент ИЛИ, блок динамической памяти, блок памяти, блок анализа и блок задания автокорреляционной функций. В предлагаемом генераторе по сравнению с прототипом исключен блок памяти, предназначенный для хранения членов порождающей совокупности, чем и обусловлено упрощение генератора. Повыщение быстродействия достигается за счет организации непрерывной работы датчика случайных чисел. При этом происходит не перебор всех чисел порождающей совокупности, а выбор лищь первого из них, удовлетворяющего заданной погрешности пред сказания. Применение предлагаемого гене(Л ратора позволяет в 3-5 раз повысить скорость воспроизведения последовательности случайных чисел при сокращении аппаратурных затрат, чем и обусловлен положительный эффект. I з.п.ф-лы, 3 ил.

8ых

С

с

//

фиг. 2

etf.

/С

п-1

/7