Генератор случайных временных интервалов Советский патент 1980 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

1 . Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для моделирования случайных про цессов . Известен генератор случайных временных интервалов, содержащий датчик случайных чисел, счетчик, дешифратор и позволяющий сравнительно просто получить поток временных интервсшов, распределенных по закону Эрланга, причем порядок потока определяется разрядностью счетчиков и де шифратора и может оперативно изменят ся 1 . Недостатком генератора является невозможности перестройки генератора на другие законы распределения. Наиболее близким к предлагаемому является, генератор, в состав которог входят датчик равномерно распределен ных случайных , функциональный преобразователь, состоящий из дешифратора, наборного поля и шифратора/ блок задания начальных условий, счет чик, два формирователя импульсов; триггер, две группы элементов И, генератор импульсов. Генератор позволя ет получить любую заданную функцию распределения временных интервалов. Функциональный преобразователь осуществляет преобразование п-разрялных случайных ч11сёл с 1раЪн6 мёрнШ5| эа- коном распределения в т-разрядные случайные числа, распределенные ho заданному закону, которые поступают в счетчик времени, отрабатывающий временной интервал пропорционально поступающему числу. Значения аппроксимированной ступенчатой функции распределения Т (2) хранятся в наборном поле функционального преобразователя, выполненном в виде диодной матрицы из п столбцов и m строк, причем п т. Число точек разбиения k при аппроксимации равно 2 и оно определяет точность аппроксимации. Увеличение числа точек разбиения приводит к увеличению расхода оборудования во всех блоках генератора и особеннб в функциональном преобразователе, для которого удвоение числа точек разбиения приводит /к удвоению расхода оборудования. И так как объем оборудования при моделировании случайных процессов часто бывает большим, то увеличение точности за счет увеличения расхода оборудования не всегда представляется возможным 2, Недостатком генератора является нецостатбчная точность аппроксимации задаваемых законов распределения. Целью изобретения является повышение точности аппроксимации симметричных законов распределения. Указанная цель достигается тем, что генератор случайных временных интервалов, содержащий датчик равномер }10 распределенных случайных чисел, функциональный преобразователь, блок задания начальных условий, первую группу элементов И, вторую группу эле ментов И, счетчик, первый генератор, генератор импульсов, первый и второй формирователи импульсов, причем разрядные выходы датчика равномерно рас пределенных случайных чисел подключены к входам функционального преобразователя, выходы которого подключе ны к первым входам элементов И пер-, вой группы,: выходы КОТОРЫХ подключены к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И второй группы, первые входы которых подключены к ра рядным выходам блока задания начальных условий, счетный вход счетчика подключен к выходу генератора импуль сов, выход счетчика подключен к счет ному входу первого триггера, введены генератор равновероятных потенциалов четыре элемента И два элемента ИЛИ, второй триггер, при этомчвыход счетчика подключен к первым входам четырёх. элементов .И, ё ;инич:ный выход первого триггера подключен к вторым входам первого и четвертого элементов И и к счетному входу второго триггера, единичный выход которого подключен к входу вычитания счетчика и к третьим входам второго, третьего, четвертого элементов И, а нулевой выход - к входу сложений счетчика и к третьему вхо ду первого элемента И, нулевой выход первого триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов И, нулевой выход генератора равновероятных потенциалов подключен к чет-вертым входам первого и третьего элементов И, а единичный выход - к чет-вёртым входам второго и четвертого ёлёмёнтов И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам элементов И первой группы, выход третьего элемента И подключен к входу; первого фор кшрователя импульсов, выход которого подключен к первому входу второго эле мента ИЛИ, второй вход которого под,ключей к выходучетвертого элемента И вторые входы;элементов И второй групгпл Подключены к выходу датчика равномернб распределенных случайных чисел, выход второго элемента ИЛИ подключен к выходу :гейератора й к вхс$йу вт6р6го формирователя Импульсов,йыХбй ftoторого подключенк нулевым входам триггеров, . 746482На фиг; 1 приведена структурная схема генератора случайных временных интервалов; на фиг. 2 - график симметричной функции плотности. Генератор содержит датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел, функциональный преобразователь 2, первую группу элементов 3 И, счетчик 4, блок 5 задания начальных условий, вторую группу элементов 6 И, генератор 7 импульсов, генератор 8 равновероятных потенциалов, первый формирователь 9 импульсов, второй формирователь 10 импульсов, триггер И, дополнитель- . ный триггер 12, элементы 13, 14, 15 и 16 И, элементы 17 и 18 ИЛИ. Генератор равновероятных потенциалов состоит из генератора 19 случайной пачки импульсов и триггера 20. Выходы датчика 1 равномерно распререленных случайных чисел подключены к входам функционального цифрового преобразователя 2, выходы которого подключены к первым входам элементов 3И первой группы, выходы которых подключены к вых:одам элементов 6 И второй группы и к разрядным входам счетчика 4, счетный.вход которого подключен IJ выходу генератора 7 импульсов, выход счетчика 4 подключен к счетному входу триггера 11 и к входам элементов 13, 14, 15 и 16 И, единичный выход триггера 11 подключен к входам элементов 13 и 16 И и к счетному входу триггера 12, нулевой выход которого подключен к входу элемента 13 И и к входу сложения счетчика 4, а единичный выход к входу вычитания счетчика 4и к входам элементов 14, 15 и 16 И, нулевой выход триггера 11 подключен к выходам элементов 14 и 15 И, первый выход генератора 8 равновероятных потенциалов подключен к входам элементов 13 и 15 И, а второй выход подключен к входам элементов 14 и 16 И, входы элементов 17 ИЛИ подключены к выхо-. дам элементов 13 и 14 И, выход элемента 17 ИЛИ подключен ко вторым входам элементов 3 И, выход элемента 15 И подключен к входу формирователя 9 импульсов, выход которого подключен к .входу элемента 18 ИЛИ,другой вход которого подключен к выходу элемента 16 И, выход элемента ИЛИ 18 подключен к выходу генератора и к входу, формироватёляТГО импульсов, выход которого подключен к нулевым входам триггера 11 и 12, вторые входы элементов И 6 подключены к дополнительному выходу датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел. В предлагаемом генераторе;для повьаиения точности аппроксимации используется симметрия функций плотности, отнр,сительн(5 Математического ожидания аких распределений как нормальное распределение, распределение Симпсона, распределение Максвелла и т.д. Использование симметрии позволяет аипроксимировать лишь одну из ветвей функции плотности, а вторую получать путем арифметических операций над первой, В предлагаемом генераторе аппроксимируется левая ветвь функции плотности, а правая образуется путем сложения математического ожидания случайнЪй величины Г/« и разности между математическим ожиданием и соответствующем значением аргумента левой ветви Tr,i по формуле .,;.1,2,...2 где Тп; - значение аргумента правой ветви в i-той точке. Этот прием позволяет в предлагаемом генераторе удвоить число точек разбиения при аппроксимации симметричных .законов, по сравнению с известным генератором IB. итоге повысить точность аппроксимации без существенного увеличения расхода оборудования или же существенно сократить расход оборудования при том же числеточек разбиения. В отличие от прототипа ступенчатая функция R (2) с числом точек разбиения 2, соответствующая функции плотности R(t), фиксируется в диодной матрице функционального преобразователя лишь для левой ветви функции плотности поД диапазона Т - т. Датчик 1 равномерно распределенных чисел формирует: в начале каждого цикла за время t рлучайное число i и выдает его п-разрядным параллельным импульсным кодом в функциональный циф ровой преобразователь 2. Одновременно с кодом i с дополнительного выхода датчика 1 на вторые входы элементов И второй группы- поступает импульс записи, который производит запись кода 20, соответствующего начальному интер валу Тд в реверсивный счетчик 4. Счет чик 4 начинает считать импульсы в режиме сложения пока не переполнится. Импульс переполненияна выходе счетчика свидетельствует об окончании отработки интервала Тд. Одновременно с отработкой TO в преобразователе 2 за время t, происходит преобразовани п-разрядного кода х; в т-разрядный код Z по заданному закону распределения и его выдача в виде потенциалов на первые входы элементов 3 И первой группы. Триггер 20 генератора равновероятных потенциалов ; считает ; регулярные импульсы, поступающие от генератора 19 случайнойпачки импуль сов, число которых в каждом цикле случайно. Триггер 20 представляет со бой счетчик двух, который при счете импульсов случайной пЗчКй: многократно переполняется, что является необходимым условием для получения равноверо ятных событий. Вероятность пребывани триггера 20 в состоянии О после счета импульсов случайной пачки, рав на вероятности его пребывания в сосоянии 1. Потенциешы с выходов триггера 20 поступают на входы элементов 13, 14, 15 и 16 И, которые в начале каждого цикла выбирают с равной веЕ оятностью левую или правую ветвь функции плотности. Если триггер 20 в состоянии О, то генератор отрабатывает случайный временной интервал Tj в поддиапазоне о) т после окончания отработки интервала импульс переполнения с выхода счетчика 4 поступает на счетный вход триггера 11, который переключается в состояние ,1, при этом на единичном выходе формируется потенциал верхнего уровня, разрешающий поступление импульса через элементы 13 И, 17 ИЛИ на вторые входы элементов 3 И. Код Z записывается в реверсивный счетчик, который начинает его преобразовывать во временной интервал Т в режиме сложения, так как на входе сложения потенцис1л верхнего уровня с нулевого выхода триггера 12. По окончании отработки интервала Т импульс переполнения переключает триггер 11 в состояние О, а триггер 12 в .. и поступает через элемент 15 И, формирователь 9 импульсов, элемент 18 ИЛИ на выход генератора. Если триггер 20 в состоянии , то генератор отрабатывает случайный в земенной интервал Т.ц в поддиапазоне - Интервал Tj в этом режиме работы генератора получается как/qyM-; ма двух интервалов - фиксированного интервала равного ( TO ) и интервала Т; , задаваемого случайным числам Z . Импульс переполнения после обработки T(j переключает триггер И в , но на запись кода Х не поступает, так как все элементы 13, 14, 15 и 16 И закрыты. Поэтому счетчик 4 отрабатывает временной интервал (Т -TO), равный , где &Т - период поступления импульсов от .jreHepaf тора 7. После счета 2 импульсов йчётчик 4 переполняеся, импульс пере- . полнения переключает триггер 11 в . триггер 12 в и поступает через элемент 14 И, элемент 17 ИЛИ на запись кода 2 . Реверсивный счетчик 4 отрабатывает код 2ц в режиме вычитания, так как потенциал верхнего уровня с единичного выхода триггера 12 поступает на вход вычитания счетчика 4. После отработки интервала TJ третий импульс переполнения переключает триггер 11 в ...и поступаетчерез элемент14 И, элемент 18 ИЛИ на выход генератора и, задержавшись на длительность импульсов пепереполнения t(формирователем 10 импульсов, сбрасывает 11 и IZ в О. Таким образом, г бверсивный счетчик 4, при выдаче гене атером интервала, относящегося к под;;иапаэонуTO - T, -We-pTgTftejtffjre -erH -двжщ а-г а в йбдаиапазоне Т; - Tmoi трижды. ПоЭтоК ; Sfffa-чальному интервалу Т прнбавля етея дополнительный интервал Т, в первом случае равный 2tn, а в во второмслучае Зt. Чтобы ск;бйпёнсйрбват ра&иицу в одну ,нтельностБ импульса введен фор1«1рователь 17 импулЁсЪв/ ййЬгсящий задержку на t. Введение в состав генератора триг Р, элемёнтов Й7дК Х йе;ментов ИЛИ, генератора равнОверойТНык потенциалов позйоляет повысить алпроКйимации для симметричных Закойбв распределения. Для нессймет ;рйчных функций плотности обебНёчйвается нормальная работа гейёра ора подачей на нулевой вход триггера 12 поте йцйгша, запрещающего счет трех имттульсов и работу реверсивного счетчика в режиме вычитания. Формула изобретения Генератор случайных врёйёинйй йн тервалов, содержащий датчик равномерно распределённых случайных чисел, функдиона-чьный преобразователь, блок задания начальных условий, первую группу элёг«ентов И, вторую группу эле ментов И, счетчик, первый триггер, генератор импульсов, первый и второй формирова ели импульсов, причем разрядные выхода датчика равномерно распределенных случайных чисел подключены к входам функционального преобразователя, выходы i oTopdro под ключены к первым .входам элементов И j7.epвой группы, выходы которых подключёны к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И втОрой группы, первйё выходы котррьк подключены к ра рядным выходам блока дадания начальных условия, счетный входсчетчика подключен к выходу генератора импульсов, выход счетчика подключен к счетному входу первого триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности айпроксимации симметричных законов распределения, в него введены генератор равновероятных потенциалов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, второй триггер, при этом выход счетчика подключен к первым входам четырех элементов И, единичный йыход первого триггера подключен к BTOpafir входам первого и четвертого элементов Ник счетному входу второго триггера, единичный выход которого подключен к входу вычитания счетчика и к третьий входам второго, третьего и четвертого элементов И, а нулевой выход - к входу сложения счетчика и к третьему входу первого элемента И, нулевой выход первого триггера подключен к. вторым входам второго и третьего элементов И, нулевой йыХод генератора равновероятных потенциалЪв подключен к четверт;ым входампервого и третьего элементов И, а единичный выход к четвертым входам второго и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторым в;ходс1М элементов И первой групгш, выход третьего элемента И подключен к рходу первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу .четвертого элемента И, вторые входы элементов И второй группы подключены к выходу датчика равномерно распределительных случайных чисел, выход второго элемента ИЛИ подключен к выходу генератора и к входу второго формирователя импульсов, выход которого подключен к нулевьрм входам триггеров. Источники информации, принятые во;внимание при эксперти, 1.Авторское свидетельство СССР 494742, кл. G 06 F 1/02, 1974. 2.Авторское свидетльство № 440662, кл. G 06 F 1/02, 1973 (прототип) .