Датчик случайных чисел Советский патент 1980 года по МПК G07C15/00 G06F1/02 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для моделирования последовательности случайных чисел (случайных векторов с одномерной функцией плотности вероятности ,

Известен датчик случайных чисел, содержащий генератор шума, функциональные преобразователи 1.

Однако этот датчик не допускает перестройку на новый закон распределения ,

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчи случайных чисел, содержащий блок регистрации, универсальный функциональный преобразователь, например типа ЭЛТ политрон, считывающий вход .которого подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, а управляющие входы связаны с з оминсиощим устройством на потенциометрах, и последовательно соединенные интегратор и схему сравнения второй вход которого связан с датчиком равномерно распределенных случайных чисел, а выход подключен к управляюрдим входам генератора линейно изменяющегося напряжения и датчика равномерно распределенных случайных чисел 2 .

Недостаток его заключается в том, что он моделирует случайные числа лишь с одномерным законом распределения. Как известно, для более точного задания случайных процессов требуется знать хотя бы его двумерную функцию плотности,

0

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей датчика за счет моделирования случайной последовательности чисел

5 с двумерным законом распределения (или моделирование двумерных случайных векторов).

Для достижения поставленной цели в датчик случайных чисел, содержащий

0 блок регистрации, первый блок памяти , выходы которого соединены с группой входов первого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом генератора линей5но изменяющегося напряжения, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом генератора равчомерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с 0 первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, введены второй и третий функциональные преобразователи, второй блок памяти, первый и второй ключи, выход второго ключа соединен со входами блока регистрации и третьего функционального преобразователя , выходы которого соединены со входами второго блока памяти соотве 7ственно, выходы которого соединены с группой входов второго функционального преобразователя, вход которого объединен со входом первого функционального преобразователя и с пеовым и вторым входами второго ключа, третийвход которого подключен к выходу блока сравнения и к первому входу первого ключа, второй и третий входы которого подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а выход первого ключа подклю;чен ко входу интегратора.

, На фиг. 1 приведена блок-схема датчика; на фиг, 2 - функциональная схема выполнения второго блока памяти на потенциометрах.

Датчик содержит последовательно соединенные генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, первый функциональный преобразователь 2 с подключенным к е.го управляющим входам Первым блоком памяти 3, первый ключ 4, интегратор 5 и блок сравнения б, второй вход которого соединен с генератором 7 равномерно распределенных случайных чисел, а выход сое динен с генератором 1 линейно изменяющегося напряжения, генератором 7 равномерно распределенных чисел и управляющим входом второго ключа 8, второй управляющий вход которого связан с генератором 1, а основной вход соединен со входом первого функционального преобразователя 2, объединенным со входом второго функционального преобразователя 9. Управляющие входы функционального преобразователя 9 подключены ко второму блоку памяти 10, входы которого связаны с выходами третьего функционального преобразователя 11. Считыч вающий вход функционального преобрач зователя 11 объединен со входом блока регистрации 12 и соединен с выходом второго ключа 8.

Работа датчика основана на том положении, что двумерная функция плотности случайного вектора может быть представлена через одномерную плотность вероятности одной из компонент вектора и условную плотность вероятности второй компоненты

jj(x4 . coCxi)--uCxg/Xj ),

(О

о у---- л ч 2 г

(Xj ,Xj) - двумерная плотность вероятности случайного вектора х,

.u(x, ) - плотность вероятности компоненты х, ; t(x2/x,)- условная плотность

вероятности компоненты Xj, относительно компоненты х.

Такое представление позволяет избежать необходимости моделировать функцию двух переменных со(х, Xg) (как известно, устройства для моделирования функций многих переменных сложны в управлении и схемном исполнении) .

Первый функциональный преобразователь 2 предназначен для моделирования одномерного закона распределения си (Xj), а второй функциональный преобразователь 9 в совокупности с блоком памяти 10 - для моделирования условной вероятности i;(x,,/x). При этом следует учитывать то обстс гятельство, что функция и () -также является двумерной. Однако прификсированном х эта функция становится одномерной, т.е. имеем уже набор одномерных функций tr(x,/x) ,.. ч1 (x,j,/xj ,..., -и () , где N число уровней изменения случайной величины Xj..

Поскольку функциональный преобразователь 2 предназначен для моделирования лишь одной функции to (х), его управляющие входы соединены с выходами блока памяти 3, представляющего собой такой набор потенциометров, что каждый вхол преобразователя 2 соединен лишь с одним потенциометром.

Функциональный преобразователь 9 предназначен для моделирования любой из функций и ( ) , поэтому каждый управляющий вход его соединен с N гПртенцирметрами блока памяти 10 (фиг. 2). Соответствующий набор коэффициентов при моделировании функции -и () определяется сигналом с функционального преобразователя 11

В связи с тем/ что функциональный преобразователь 11 предназначен для определения вида функции и (х,/х ) в зависимости от величины х , его включение отличается от блоков 2 и 9. Считываю11Ий электронный пучок преобразователя 11 корректирующими пластинами смещается с выходных коллекторов на управляющие пластины. Специфика функционального преобразователя типа ЭЛТ политрон такова, что в зависимости от потенциала на считывающем входе электронный пучок оказывается на соответствующей пЛастине и наводит на ней ток. Время наведения тока зависит от времени пребывания входной величины в данном амплитудном интервале.

Следовательно, при подаче на вход блока 11 величины х; появляется сигнал на его t ом выходе, что опреде ляет i -тый набор потенциометров блока 10 и, следовательно, моделир вание блоком 9 функции V () , Датчик работает следующим образом. Синхронно включаются генератор 1 линейно изменяющегося напряжения и генератор 7, Развертка от генераiTopa 1 считывает с функционального преобразователя 2 функцию to(Xj) .tu(t) и через двухпозиционный ключ 4, который в начальном положении замыкает цепь .преобразователь 2 интегратор 5), поступает на инте ратор 5 , с выхода котопого напряжение, пропорциональное /uj(t)dt, поступает на первый вход.блока сравне ния б для сравнения с величиной г от г-енератора 7, В момент равенства напряжений на. входах блока 6 величи на t пропорциональна формируемой случайной величине х с законом распределения ш(х) (т.е. первой компоненте двумерного случайного векто ра или первому члену случайной последовательности) . Блок сравнения б выдает, сигнал, который открывает ключ 8, пропускающий напряжение ра вертки генератора 1 на блок регистрации. 12 для фиксации х , (т.к. Ux(t) Ut sx) и на вход функционал ного преобразователя 11 для определения по величине х| вида функции U(Xj/x). Одновременно сигнал с вы.хода блока сравнения б перебрасывае ключ 4 в положение, замыкающее цепь преобразователь 9 - интегратор 5 и запускает вновь генератор 1 и генератор 7 f при этом сброс на.нуль г нератора 1 является сигналом, закры вающим ключ 8. Теперь напряжение развертки с генератора 1 считывает уже функцию v(x /X) с функционального преобразователя 9, так как в зависимости от амплитуды сигнала xj выдается сигнал по соответствующему вхрд функционального преобразователя 11, подключивший к управляющим входам функционального преобразователя 11 набор потенциометров, соответствую.щий моделированию функции и(), а функциональный преобразователь 2 при этом отключен от интегратора 5. Следовательно, на вход интеграто ра 5 через ключ 4 поступает напряже ние, пропорциональное Ч (t) u(x,/x на первый вход блока сравнения б подается напряжение 4(t) 3t, на второй - г от генератора 7. В момент, когда на обоих входах блока, сравнения б напряжение сравняется, блок сравнения б. выдает сигнал, открывающий ключ 8, и напряжение развертки в данный момент времени фиксируется блоком 12 в качестве первой реализации х. Одновременно сигнал с выхода блока сравнения б вновь запускает генераторы 1 и 7 и перебрасывает двухпозиционный ключ 4, что обеспечивает формирование случайной величины х. Следовательно, датчик формирует последовательность случайных, чисел. 1 1 1 г 2. f В этой последовательности каждая пара чисел имеет заданную плотность вероятности и(х Xj) , Таким образом, датчик позволяет в реальном масштабе времени формировать последовательность двумерных случайных векторов с любым законом распределения. По сравнению- с известными устройствами он отличается более широкой областью применения, так как двумерный закон распределения позволяет более точно задавать случайную последовательность. Формула изобретения Датчик случайных кисел, содержащий блок регистрации, первый блок памяти, выходы которого соединены с группой входов первого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, отличающий g я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика за счет моделирования двумерного закона распределения, он содержит второй и третий функциональные преобразователи, второй блок памяти, первы{ и второй ключи, выход второго ключа соединен со входами блока регистрации и третьего, функционального преобразователя, выходы которого соединены со входами второго блока памяти соответственно, выходы которого соединены с группой входов второго функционального преобразователя, вход которого объединен со входом первого функционального преобразователя и с первым и вторым входами второго ключа, тре-, тий вход которого подключен к выходу блока сравнения и к первому входу первого ключа, второй и третий входы которого подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а выход первого ключа подключен ко -входу интегратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 385285, кл. GОб F 1/02, 1971, 2,Авторское свидетельство СССР 444176, кл. G06F 1/02, 1973 (прототип).

да

. . ,/„ «IftJ. /

. f53lf3 . I

Фиг. I