Генератор случайных чисел Советский патент 1988 года по МПК G06F7/58 

i lO)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть не- . пользовано для получения чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода обратных функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.Ли). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования случайных чисел с законами распреде

со

CD

i;o

ления, содержащими нормировочные множители, и повышение быстродействия и надежности. Генератор случайны чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, датчик равномерно распределенных случайных чисел, регистр 2 памяти, вычитатель 4, квадратор 5, умножители 7-9, блок 6 возведения в куб, сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12,13, формирователи

1

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).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования случайных чисел с законами распределения, содержащими нормировочные множители, и повышение быстродействия и надежности.

На чертеже приведена функциональная схема ге.нератора.

Генератор случайных чисел содержи генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 памяти, датчик 3 равномерно распределенных случайных чисел, вычитатель 4, квадратор 5, блок 6 возведения в куб, умножители 7-9, сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12 и 13, формирователи 14 и 15 импульсов, элементы И 16-18, элемент ИЛИ 19, ключи 20-33, регистры 34-36 памяти, линию 37 задержки, вход 38 Опрос и выход 39.

Работа генератора происходит в два этапа: первьй этап - подготовительный, второй этап - основной. При подготовительном этапе генератор рассчитывает нормировочные множители, перемножает их на коэффициенты операторного ряда D, D, Dj и записывает результаты в регистры 34-36. При основном этапе схема генератора настраивается на реализацию случайных чисел с заданным законом распределения.

Работу генератора рассмотрим на примере реализации случайных чисел с

14 15 импульсов, элементы И 16-18, регистры 34-36 памяти, элемент, ИЛИ 19, линию 37 задержки, ключи 20-33. является введение дополнительных блоков, организация связей между элементами, исключение электромеханических устройств, применение параллельного структурного способа вычисления на основном этапе работы генератора. 1 ил.

5

0

5

0

5

0

законом гамма-распределения. На подготовительном этапе в начальном состоянии триггеры 12 и 13 обнулены. С инверсных выходов этих триггеров сигналы поступают на элемент ИЛИ 19, с выхода которого снимается сигнал на управляющий вход ключа 20. При включении генератора 1 тактовых импульсов происходит подача первого управляющего импульса через ключ 20 на счетный вход триггера 12, под воздействием которого триггер 12 переходит в единичное состояние. Сигналы с прямого выхода триггера 12 и инверсного выхода триггера 13 поступают на входы элемента И 18, с выхода которого формируется сигнал управления, постуг пающий на третий вход регистра 2 памяти. Под действием этого сигнала с второго, четвертого, шестого, седьмого и девятого выходов регистра 2 памяти постоянные коэффициенты (заранее расчитанные и введенные в регистр 2 в соответствии с требуемым законом распределения) поступают в определенные блоки: К, - в умножитель 7, К - в умножитель 8, Kj - в умножитель 9, а - в умножитель 7, квадратор 5 и блок 6 возведения в куб, К , - в сумматор 10. Одновременно с этим с прямого выхода триггера 12 поступает сигнал на управляющие входы ключей 27-29. Тем самым готовится схема генератора

для расчета гамма-функции F (а). Ре2 л

зультаты а и а с выходов квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают в умножители 8 и 9. Результаты К,а, и Kja с выходов умножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 27, 28 и 29 поступают в сумматор 10, где проис

ходит их суммирование между собой и с коэс)фИ11 1ентом К,. Сумма четырех слгаемых записывается в выходном регистре сумматора 10.

При поступлении с генератора 1 тактовых и myльcoв второго управляющего импульса на счетный вход триггера 12 происходит перевод триггера

12в нулевое состояние, а триггера

13- в единичное состояние. При тако состоянии триггеров 12 и 13 исчезает сигнал с выхода элемента И 18, остается сигнал на выходе элемента ИЛИ

19 и формируется сигнал на выходе элемента И 16, который поступает на второй вход регистра 2 памяти, на управляющие входы ключей 23, 30-32 и на вход формирователя 15 и myльcoв (последний форЬ Шрует импульсы по переднему фронту управляющих СИГНсШОВ,

а формирователь 14 импульсов - по заднему фронту сигнала, снимаемого с прямого выхода триггера 12). Схема генератора настраивается на перемножение нормировочного коэффициента с коэффициентами операторного ряда D, , D и D. В этом состоянии ключей происходит подача результата с выходного регистра сумматора 10 через ключ 23 на умножитель 7, квадратор 5 и блок 6 возведения в куб. Результаты Г(а) и Г(а) с квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают на первые входы умножителей 8 и 9, на вторые входы которых под действием управляющего сигнала, поступающего с элемента И 16 на второй вход регистра 2 памяти, поступают коэффициенты D и D с пятог и восьмого выходов регистра 2 памяти а также коэффициент D, с третьего выхода регистра 2 памяти поступает на умнолмтель 7. Результаты r(a)D, Cr(a), и Г(а)3 0з с выходов умножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 30, 31 и 32 поступают на регистры 36, 35 и 34, где происходит их запоминание. Одновременно с этим формируется сигнал обнуления сумматора 10 по цепи формирователь 15 импульсов - линия 37 задержки - вход Сброс сумматора 10.

При поступлении третьего управляющего импульса происходит перевод схемы генератора на реализацию случайных чисел с законом гамма-распределения. В этом случае триггеры 12 и 13 находятся в единичном состоянии

0

5

5

Q

0

5

5

0

5

Исчезает сигнал с выхода элемента ИЛИ 19, тем самым отключается цепь подачи управляющих сигналов с генератора 1 через ключ 20 на счетный вход триггера 12. Одновременно с этим исчезает сигнал с выхода элемента И 16 и формируется сигнал на выходе элемента И 17, который поступает на управляющие входы ключей 21, 22 к 33 Подготовительньй этап окончен.

В дальнейшем схема генератора работает следующим образом. При формировании генератором 1 тактовых импульсов четвертого управляющего импульса происходит его подача через ключ 21 на датчик 3 случайных чисел, который вьдает первое равномерное распределение в интервале О, 1 число d на вычитатель 4.

Одновременно этот управляющий импульс воздействует на управляющие входы ключей 24-26 и на первый вход регистра 2 памяти, с первого и десятого выходов которого постоянные коэффициенты F(XU) и XQ поступают соответственно в вьгштатель 4 и сумматор 10.

В квадраторе 5 и блоке 6 возведения в куб происходит возведение соответственно в степени два и три разности i/-F(X(j), снимаемой с вычита-- теля 4 через ключ 22. Кроме того, разность (XO) с выхода вычитате- ля 4 через ключ 22 поступают в умножитель 7.

В умножителях 7-9 происходит перемножение результатов вычитателя 4, квадратора 5 и блока 6 возведения в куб на результаты соответственно регистров 36, 35 и 34, которые поступают на входы умножителей 7-9 через ключи 24-26 с регистров 36, 35 и 34. Результаты с блоков 7-9 поступают через ключи 27-29, управляющие входы которых находятся под воздействие сигнала, снимаемого с прямого выхода триггера 12, на сумматор 10, где происходит суммирование четырех чисел.

Сумма Xo+U-FCxo)r(a)Di+ro - -F(xo)4r(a)4D,(x,)(a)Dj поступает через ключ 33 в регистр 11 памяти. После регистрации первого случайного числа по закону гамма- распределения с управляющего вь1хода регистра 11 памяти поступает сигнал через линию 37 задержки на вход Сброс сумматора 10, Под действием

этого сигнала происходит обнуле1гае регистров сумматора 10,

С поступлением пятого управляющег импульса процесс повторяется по при- веде;- ной схеме четвертого управляющего импульса. Таким образом, в результате действия последующих управляющих и тульсов в регистре 11 памяти формируются случайные числа по закону гамма-распределения. При замене коэффициентов в блоке 2 памяти необходимо триггеры 12 и 13 привести в нулевое состояние путем подачи управляющего импульса на вход 38,

При моделировании законов распределения, в которых отсутствуют нормировочные множители, необходимо в регистр 2 памяти ввести следующие коэффициенты: F(X(,), Хд , D,, Do, 1)3, К,К и . В этом случае на подготовительном этапе в регистра 36, 35 и 34 записываются коэффициенты D, D и БЗ соответственно. В дальнейшем предлагаемьй генератор реали- зует такие же законы распределения, как и известньш.

Регистры ЗД-Зб памяти синхронизируются сигналом с выхода элемента И 16.

Формула изобретения

Генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, датчик равномерно распределенньсх случайных чисел, первьш регистр памяти, вычитатель,. квадратор, первый умножитель, блок возведения в куб, сумматор, второй регистр памяти, два триггера, формирователь импульсов, три элемента И, прямой выход первого триггера через первый форьшрователь импульсов соединен со счетным входом второго триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит вто- рой и третий умножители, с третьего по седьмой регистры памяти, элемент ИЛИ, линию задержки, формирователь импульсов, четырнадцать ключей, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с информационными входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен со счетным входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ и первого элемента И, прямой выход первого триг

5

0

5

Q

5

гера соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И и управляющими входами третьего, четвертого и пятого ключей, инверсный выход второго триггера соединен с вторыми входами третьего элемента И и элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом первого и первым входом второго элемента И, вход сброса генератора случайных чисел соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров, выход второго ключа соединен с входом Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, а также с первым управляющим входом регистра памяти и упра вляющими вх ода- ми шестого, седьмого и врсьмого ключей, выход первого элемента И соединен с вторым управляющим входом первого регистра памяти и управляющими входами девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого ключей, а также через второй фop шpoвaтeль импульсов и линию задержки - с входом Сброс сумматора, выход второго элемента И соединен с управляющими входами второго, тринадцатого и четырнадцатого ключей, выход третьего элемента И соединен с третьим управляющим входом первого регистра памяти, выход датчика равномерно распределенных случайных чисел соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым выходом первого регистра памяти, выход вычитателя соединен с информационным входом тринадцатого ключа, выход которого соединен с выходом девятого ключа, первым входом первого умножителя, вторым выходом первого регистра памяти, входами квадратора и блока возведения в куб, третий и четвертый выходы первого регистра памяти соединены с выходом шестого ключа и вторым входом первого умножителя, выход которого соединен с инфор- мационньми входами третьего и десятого ключей, выход квадратора соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с пятым и шестым выходами первого регистра памяти и с выходом седьмого ключа, выход блока возведения в куб соединен с первьм входом третьего умножителя, второй вход которого соединен с седьмым и восьмым выходами первого реги

стра памяти и с выходом восьмого ключа, выход второго умножителя соединен с информационными входами четвертого и одиннадцатого ключей, выход третьего умножителя соединен с информационными входами пятого и двенадцатого ключей, выходы третьего, четвертого и пятого ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим ин- формационными входами сумматора, четвертый информационньй вход которого соединен с девятым и десятым выходами первого регистра памяти, выходы десятого, одиннадцатого и двенадцато- го ключе.й соединены соответственно

через четвертый и пятый регистры памяти с информационными входами шестого, седьмого и восьмого ключей, выход сумматора соединен с информационными входами девятого и четырнадцатого ключей, выход четырнадцатого ключа соединен с информационным входом второго регистра памяти, синхронизирующий вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, выход четвертого регистра памяти является выходом генератора, выход первого элемента И соединен с управляющими входами третьего, четвертого и пятого регистров памяти.