Генератор коррелированных случайных чисел Советский патент 1975 года по МПК G06F1/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение как средство цифрового моделирования при решении различных задач методом статистических испытаний.

Известны генераторы коррелированных случайных чисел, содержащие блок нормировки, генераторы пачек импульсов, сумматор, входной блок и блок регистров обратной связн, вход первого из которых подключен к генератору некоррелированных случайных чисел, а вход второго - ко входу блока нелинейного преобразования выходных случайных чисел.

Однако известные устройства имеют узкий класс автокорреляционных функций генерируемых случайных чисел, ограниченный экспоненциальнымп и экспоненциально-косинусными видами.

С целью расширения класса воспроизводимых автокорреляционных функций случайных чисел предлагаемое устройство содержит уиравляемые преобразователи кодов, соединенные разрядными входами с выходами регистров обоих блоков регистров, а управляюш,им входом - с соответствующим генератором пачек случайных импульсов, причем выходы управляемых преобразователей кодов соединены со входами сумматора, выход которого через блок нормирования соединен со входом блока нелинейного преобразования выходных случайных чисел.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого генератора коррелированных случайных чисел.

Предлагаемое устройство содержит генераторы 1 пачек случайных импульсов, управляемые преобразователи 2 кодов, блок 3, состоящий из входных регистров Зь 32 ... 3,,i, блок 4 с регистрами 4i, 42 ... 4 обратной связн, сумматор 5, блок 6 нормирования, блок 7 нелинейного преобразования выходных случайных чисел и ге-нератор 8 некоррел)1рованиых случайных чисел.

Генераторы 1 пачек случайных импульсов формируют в течение фиксированного интервала времени, состоящего из К тактов, пачку пмпульсов. Импульсы появляются в тактовы.ч точках в соответствии с заданными вероятностями их появле)1ня. Импульсы могут быть как положительной, так и отрицательной полярностн в зависимости от знака коэффициента, который представляется пачкой случайных

ИМП}ЛЬСОВ.

Управляемые преобразователи 2 кодов преобразуют числа, иоступающие с выходов блоков входных регистров 3i-3, и регистров 4i-4„ обратной связи в соответствии с полярностью импульсов от генераторов 1 пачек случайных импульсов. Кроме того, эти преобразователи обеспечивают про.хождение указанных чисел на входы сумматора 5 с заданными вероятностями.

3

Блок 3 входных регистров предназначен для запоминання т входных чисед, постунающих с генератора 8 некоррелнроваш ых чисел. Обмен информацией в регистрах осуществляется в параллельном коде. Регистры внутри блока включены последовательно одни с другим.

Блок 4 регистров обратной связи предназначен для запоминания п нредшествующих выходных чисел. Регистры внутри блока соединены носледовательно один с другим.

Сумматор 5 вынолняет суммирование чисел, поступающих от управляемых преобразователей 2 кодов в течение /С тактов.

Блок 6 нормирования делнт полученное число па выходе сумматора 5 на число К,- В случае, если , деленне осуществляется нутем простого сдвига на Р разрядов в сторону младщих разрядов.

Блок 7 нелинейного иреобразоваП1:я )ыходных случайных чисел нредназначен для нелинейного нреобразовання сигнала с выхода блока 6 нормирования, что дает возможность получать законы распределения, отлнчиые о/ нормального.

Гене)атор 8 некоррелнрованиы.х cлyч; iiныx чнсел с нормальным законом раенределения выраба1члвает елучастые в ;uiana30iie - -1, математическое ожидание числовой последовательности т. 0.

В основе работы генератора коррелированных случайных чисел лежит метод цифровой фильтрации последовательности некоррелированных случайных чнсел, так что его функц; ; ннрованне опнсьпиются некоторылг )екку)ептН1;1М унравлениел, набор значений и ко.тичест)ю коэффициентов которого оиред,еляк)т :in;i, корреляционной функции.

Основной операцией в фильтре является у:мпожепие, техиическая реализация кото1Юй для цифровых кодов является трудоемкой. В связи с этим 1 генераторе коррелированных чнсел операция умножения замеияетея ж; операцию вычисления матемгггпческого ожндання некоторого цроцеееа. Эта замена возмо кна благод.ар|Я тому, что коэффициентам фчльтра ставится в соответствие с вероятностью появления случайных импульсов за фикспрован111 Й интервал временн, состояние из /( тактов.

Г1)И формированин }Пз1ходно Ч) числа пснольз т(тся не только знаки, )io и амг1литуди)1е значения п предыдущих выходных чисел и т входных некоррелированных чисел, иричем поступление указанных чисел на с /мматор 5 носит вероятностный характер. Это достигаетея |ЧМ, что в качеетве уиравляюитих элементов попользуются генераторы 1 пачек случайных н:чиульсов, которые за фнкснро)анный интер|;ал времени, состоящнй из /( тактов, resiepnji K)T сллчайные но момеиту появления 5 чактовых точках импульсы, пр;гчсм вероятности цоявления импульсов пропорциональны пс-хоторым коч-,:;фициентам. Так как значения коэффициентов .уюгут быть отрнцате.льньшн, а вероятность появле; /: имнульсоп является веЛ1чпной положительной, то в i-енераторах i

4

пачек елучаиных пмпульеов предусмотрена возможпоеть иередачп информации о знаке коэффнцпента путем соответствующего выбора нолярности генерируемых случайных имиу;1ьсов. Учет нолярностн генерируемых случайпЕЛх имиульсов ироиззодптея в преобразователях 2 кодов.

В нреобразователе 2 кодов умножается число на 3iiaK, кроме того, чпела проходят с вы

хода блока 3 входных регистров п блока 4 ре1петров обратной евязи иа входы е - 1матора 5 е задаипыли вероятностями.

Поскольку па выходе еум.матора 5 формирзется в тсчеиие / тактов (К.. 2, .

;,, а т)ебуегея нол)чить пормп)ованное значение э1ой еу-ммы. то чнс.ю К. выбирается кратным стенени дво11ки (2; 2 ... 2), тогда с|)еднее значение суммы можно нолуч;1ть тем простого на Р разрядов в сторомх

младн пх разрядов, что осун1,ествляется в блоке 6 нормирования.

В исходном состоянии в блоке 3 входных регистроГ) и блоке 4 регистров обратной связи запиеываютея чиела, ВЕлработаиные в предыдуншх циклах работы генератора 8 некорре.;,)15анных чнее.:. В суммато-} 5 заносится 0. Для выработки очере-дно;о чпс.та в iei.epaT0i)e пеко)рели)ованнвг чнеел необход ;мо запустить генераторы ) пачек сл чайных пглпульсов, при VTOM полученные случайпые нмнульеы 1ачниают ностунать па нравляюпи е входы преобразователей кодов 2, в результате чего чисма, заиисапшяе в блоке 3 )хол,пь:х регистров и блоке 4 ,)егистр:)В обратной связи.

прохолят через 11реоб)азователн 2 кодов J:a г,ходы е ммато)а 5. где происходнт нх е ммиpoBa)iiie.

Результнрующая сумма формпруетея на сумматоре 5 в течение / такгов. Генерато)ы 1

пачек случа п11)1х 1мпу. н})екращают свою |)аботу. Число с выхода сумматора 5 поступает в блок 6 нормирования, где нроисход т делепне на чнсло Л, а затем оно подастся в блок 7 п на вход блока 4 регнстров обратной связн.

В блоке 4 регнетров обратной евязн нронсхо.игг продвпженпе ипформадип по регистр} -Ь, переписывается в реглстр 42. а ппформания, заппсаппая ,в регистре 42, перениеываетея в регистр 4з и так далее. Число с выхода блока

G нормирова1п;я записывается в регистр 4i. Однов :еме11по е этим анало1ичпым образо:. пронзво.нтея продвижепие чисел в блоке 3 входных регнстров, при этом в генераторе 3 некоррелированных 4iice;i вырабатывается чнело, которое записывается в регистр .

Ilcie.iO вьгиолпения указанных операций сумматор 5 уетанав.тиваетея в ноль. ); результат, leio схема нодготавливается для выработки следующего коррелированного чиела.

Ф о Р м у л а и 3 о б 15 е т е п и я

Генератор коррелпрованных елучайн 1х чисел, содержащий блок но шнро14ання, генераTcj)bi пачек случайных импульсов, сзммат(.

блок входных регистров и блок регистров обратной связи, вход первого из которых подключен к генератору иекоррелирован«ых случайных чисел, а вход второго - ко входу блока нелинейного преобразования выходных случайных чисел, отличающийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых автокорреляционных функций случайных чисел, он содержит управляемые преобразователи кодов, соединенные разрядными входами с выходами регистров обоих блоков регистров, а управляющим входом - с соответствующим генератором пачек случайных импульсов, причем выходы управляемых преобразователей кодов соединены со входами сумматора, выход которого через блок нормирования соединен со входом блока нелинейного преобразования выходных случайных чисел.