Стохастический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G07C15/00 G06F1/02 

(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к вычислительной технике -и может быть использовано в устройствах управления, а также при моделировании и исследовании ряда процессов. Наиболее целесообразно его применение при случайном выборе числа за ограниченный интервал времени в условиях наличия постоянных или временных запретов на использование отдельных чисел, например в устройствах управления многоканальных радиолиний, радиолокации.

Известно устройство получения случайных чисел, содержащее блок памяти, логические элементы, источник случайного сигнала. Устройство предусматривает генерирование случайных чисел и управление законом их распределения, основанные на стохастической реализации кусочно-линейной апроксимации плотности распределения вероятностей 1.

Недостаток устройства - невозможность выборки М чисел, составляющих некоторое подмножество в полном наборе генерируемых комбинаций.

Известно также устройство, содержащее источник входного сигнала, дещифратор.

блок запрета, счетчик, блок схем ИЛИ, причем выход источника входного сигнала соединен с первым входом блока запрета непосредственно, а через дешифратор - со вторым входом блока запрета и со входом . счетчика, выход которого соединен с первым входом блока схем ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом запрета, выход блока схем ИЛИ подключен к выходу датчика 2. Устройство обеспечивает генерирование множества случайных чисел в интервале от

10 1 до N 2,, проверку каждого числа на принадлежность к подмножеству М, включающему числа, распределенные в интервале от 1 до М N, трансляцию потребителю чисел, принадлежащих к подмножеству М, запрещение трансляции чисел, не принадлежащих

5 к подмножеству М, счет с коэффициентом пересчета М, количества чисел, не принадлежащих к подмножеству М, н трансляцию потребителю (вместо таких чисел) результата счета, который лежит в

20 интервале 1-М. Таким образом, способ предусматривает трансформацию совокупности чисел, равномерно распределенных в интервале 1-N, в совокупность чисел, распределенных в интервале -М.

Недостатки устройства - невозможность произвольного формирования подмножества М из N случайных чисел, например, с пропусками, расположенными в множестве N и смешение закона очередности формирования чисел от случайного к последовательному при увеличении отношения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стохастический преобразователь, содержащий генератор случайных чисел, выходного блока, анализатора кодовых комбинаций и блока управления, выходы генератора соединены со входами анализатора и выходного блока, выход анализатора соединен со входами блока управления и выходного блока, выход блока управления соединен со входами генератора и выходного блока 3.

Такое устройство выдает по запросу потребителя только те числа, которые принадлежат к заранее заданному фиксированному подмножеству.

В устройстве генерируется некоторое множество случайных чисел, каждое число проверяют на принадлежность к разрешенному подмножеству М и при наличии запроса транслируют потребителю. Если же при поступлении запроса оказывается сформированным числом, не принадлежаш,ее к разрешенному подмножеству, то запрос повторяют.

Недостаток устройства - ограниченная область его применения, что определяется невозможностью выдачи разрешенного числа при каждом запросе, неопределенностью количества запросов К у|У-н , необходимых для достоверного (с вероятностью ) получения числа, принадлежащего к переменному подмножеству М, например задаваемому потребителем при каждом запросе и невозможностью формирования непрерывной сериии разрешенных случайных чисел, расположенных в случайном порядКе и повторяющихся каждое один или другое заданное число раз.

Указанные недостатки существенно ограничивают область применения подобного уст ройства, например,для управления многоканальной системой связи со случайным выбором канала, работающей по запросу от потребителя в условиях запрета на выбор какой-либо части каналов, меняющейся от запроса к запросу, и ограничений на время выбора разрешенного канала. Кроме этого, невозможно осуществлять выбор разрешенных каналов с управляемой вероятностью выбора, что необходимо, например, при плавном изменении уровня помех в каналах. Недостатком также является неэффективность использования общего времени работы системы, когда временной цикл работы системы состоит из чередующихся участков выбора по запросу случайного канала и участка непосредственной работы по выбранному каналу. Обычно участок времени выбора случайного канала ограничен и существенно участка работы по выбранному каналу, что приводит к повыщению требований к быстродействию генератора случайных чисел и управляющего устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя за счет изменения множества формируемых случайных чисел.

Для достижения поставленной цели в стохастический преобразователь, содержащий генератор случайных чисел, выходной регистр памяти, выходы которого являются выходами преобразователя, а входы выходного регистра памяти соединены с выходами

блока сравнения соответственно, первая группа входов которого является входами преобразователя, а информационный выход блока сравнения соединен со входом блока управления, первые три выхода которого соединены с управляющими входами генератора случайных чисел, выходного регистра памяти и блока сравнения соответственно, введены блок памяти и блок анализа кратности чисел, входы которого объединены со входами блока памяти и подключены к выхоJ дам генератора случайных чисел соответственно, а выход блока анализа кратности чисел соединен со входом «запись блока памяти, выходы которого соединены со второй группой входов блока сравнения соответственно, управляющие входы блока памяти и блока анализа кратности чисел соединены с четвертым и пятым выходами блока управления соответственно.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 и фиг. 3 - пример принципиальной схемы преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 случайных чисел, выходы которого соединены со входами блока 2 анализа кратности чисел и блока 3 памяти, выходы которого соединены со входами блока 4 сравнения, выходы которого соединены со входами выходного регистра 5 памяти и блока 6 управления, выходы которого соединены со входами всех блоков.

Допустим,из множества N-генерируемо го генератором случайных чисел при каждом запросе случайного числа, происходящем через значительное (например, сто или более) количество тактов работы генератора, используется переменное подмножество М. Q Генератор 1 случайных чисел (фиг. 2) содержит канал формирования разрядов случайного числа, регистр и дешифратор. Каждый канал состоит из генератора шума, элемента И и триггера, соединенных последовательно. Выходы триггеров соединены с ииформационными входами регистра, его выходы - со входами дешифратора, а выходы дещифратора являются выходами блока. Управляющий вход регистра и объединенные общей шиной вторые входы элементов И являются входами управления блока. Блок 2 (фиг. 2) содержит две группы элементов И, триггеры по количеству используемых чисел, элемент ИЛИ и третий элемент И. Информационные входы элементов И являются входами блока. Выходы первой группы элементов И являются единичными входами триггеров, единичные выходы триггеров соединены со вторыми входами второй группы элементов И, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого через элемент И управляет записью чисел из генератора 1 в блок 3 и является выходом блока. Вторые входы элементов первой группы элементов И, нулевые входы триггеров и второй вход третьего элемента И являются управляющими входами блока. Блок 4 (фиг. 3) содержит регистр, входные элементы И, элемент ИЛИ. Информационные входы регистра являются информационными входами блока, его информационные выходы соединены с первыми входами входных элементов И и, в тс же время, являются выходами блока, вторые входы элементов И являются входами управления составом выходного подмножества чисел, их выходы через элемент ИЛИ соединены с управляющим выходом блока, управляющий вход регистра является входом блока. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 1 случайных чисел формирует числа, представленные (в варианте практической реализации устройства) одноимпульсным позиционным кодом. Коды чисел поступают на информационные входы блоков 2 и 3. Если в блоке 2 еще не записан признак запоминания соответствующего числа, то с входного элемента И поступает потенциал логической единицы, и очередной импульс управления проходит через этот элемент на вход управления записью в блок 3. Очередное число записывается в блоке 3. В следующем такте работы управляющий сигнал поступает на первый вход управления блока 2 и запищет в триггер признак запоминания числа. Если число, сформированное генератором 1, уже записано в блок 3, то на втором входе .соответствующего элемента И второй группы действует сигнал логического нуля и сигнал управления записью на соответствующий вход блока 3 не проходит. Таким образом, после записи в блок 3 используемых чисел формирование сигналов разрещения записи на выходе блока 2 прекращается. При поступлении от потребителя запроса на случайное число блок 6 управления начинает формировать сигнал управления считыванием из блока 3 и записью в регистр блока 4. Одновременно на входные элементы И блока 4 подаются сигналы запрета использования чисел в данном запросе. До тех пор, пока из блока 3 в регистр блока 4 переписываются числа, запрещенные к использованию, на управляющем выходе блока 4 будет сигнал, разрещающий сигналы управления из блока 6 переписать из блока 3 в регистр блока 4 следующее число. Когда в регистр будет записано разрещенное число, ни на одном из входных элементов И блока 4 не произойдет совпадение сигнала и сигнала-запрета и поэтому разрещающий потенциал на вход блока 6 управления с выхода блока 4 не поступит и дальнейщая перепись из блока 3 в блок 4 случайных чисел прекращается. После этого блок 6 управления формирует сигнал на обнуление блока 3 и сброс триггеров блока 2 в исходное положение, затем начинается новый цикл запоминания случайного числа. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить выборку одного из разрешенных чисел по одному запросу за время, не превышающее N-М обращений к блоку 3. Так, при N 16, М 2 для выбора разрешенного числа требуется по известному способу при Р 0,999, где Р - вероятность правильного выбора канала Tf (±ZPJ - ll lOOt гг, в предлагаемом устройстве шах количество выборок K N-М 14. Поскольку время между запросами существенно больше времени выборки случайного числа по заявке потребителя и составляет обычно величину порядка нескольких миллисекунд, а время формирования одного случайного числа в генераторе случайных чисел порядка единиц микросекунд, вероятность того, что в подготовительном цикле в блок 2 будут записаны все N чисел с нужной кратностью очень высока. Так, для общего числа каналов N 6, число тактов генерации случайных чисел в паузе между запросами вероятность Р выпадения любого из N чисел равнаР 1-(). кроме того, предлагаемое устройство позволяет осуществить трансляцию потребителю всех записанных в блок 3 чисел серий, или отдельными выборками. Устройство позволяет также формировать серии случайных чисел с различной кратностью их повторения в серии, что является специфическим вариантом управления законом распределения вероятностей. Для этого в варианте практической реализации устройства блок кратности должен быть дополнен пересчетными схемами. Предлагаемое устройство обеспечивает существенное улучшение основных параметров системы за счет более равномерной загрузки устройства управления выбором числа, а именно, часть операций по выбору случайного числа выносится на рабочий участок времени. Это снижает требования к быстродействию устройства управления.

Указанные преимущества позволяют расширить область применения устройства, в частности, благодаря появлению возможности его применения в ряде специальных устройств управления или моделирующих устройствах, требующих периодической выборки случайного числа за ограниченный интервал времени, особенно в условиях ограничений но использованию чисел, налагаемых на каждый запрос, или в устройствах осупхествляющих перебор в случайном порядке всех чисел, принадлежащих подмножеству.

Формула изобретения

Стохастический преобразователь, содержащий генератор случайных чисел, выходной регистр памяти, выходы которого являются выходами преобразователя, а входы выходного регистра памяти соединены с выходами блока сравнения соответственно, первая группа входов которого является входами преобразователя, а информационный выход блока сравнения соединен со входом блока управления, первые три выхода которого соединены с управляющими входами генератора случайных чисел, выходного регистра памяти и блока сравнения соответственно, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей

преобразователя за счет изменения множества формируемых случайных чисел, он содержит блок памяти и блок анализа кратности чисел, входы которого объединены со входами блока памяти и подключены к выходам генератора случайных чисел соответственно,

а выход блока анализа кратности чисел, соединен со входом «запись блока памяти, выходы которого соединены со второй группой входов блока сравнения соответственно, управляющие входы блока памяти и блока анализа кратности чисел соединены с четвертым и пятым выхода-ми блока управления соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 324623, кл. G 06 F 1/02, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 398940, кл. G рб F 1/02, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 430371, кл. G 06 F 1/02, 1974 (.прототип).

Д/

ВЗУ

ьт

«3

S

cS

S

Cs

Л J K Т

б 6л Off

i/nfia6 e tfSi

&

&

&