Генератор случайного процесса Советский патент 1981 года по МПК G06F7/58 G07C15/00 

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении моделирукщей аппаратуры для исследования и оптимизации сложных систем.

Известен генератор случайных импульсов, в котором преобразуются случайные импульсные потоки с известными вероятностными характеристиками в случайные импульсные последовательности с требуемыми распределениями параметров импульсного потока. Этот генератор содержит датчики пуассоновских случайных импульсных потоков, блоки проведения случайных испытаний блоки анализа результата случайных испытаний, блоки преобразования случайных величин в случайные числа или в случайные значения параметров импульсных потоков 1 .

Недостаток этого генератора состои в том, что он не позволяет формировать марковские и полумарковские процессы.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайного процесса, содержащий последовательно соединенные блок ввода, выполненный на датчиках потоков случайных импульсов с регулируемыми интенсивностями, блок схем совпадения, схему блокировки, выход которой подключен к общему входу блока схем совпадения. Генератор формирует случайные события в результате случайных испытаний, заключающихся в одновременном отпирании по общему входу блока схем совпадения и установки в регистре кода, соответствующего номеру схемы совпадения, через которую прошел первый с момента начала испытания импульс датчиков блока ввода. Генератор импульсов и счетчик преобразуют полученное случайное Чисдо в случайный временной интервал Г21.

Недостаток этого генератора состоит в том, что он также не позволяет генерировать марковские и полумарковские процессы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования марковских и полумарковских случайных процессов. Поставленная цель достигается тем, что генератор случайного процесса, содержащий группу генераторов случайных импульсов, выходы которых соединены с первыми входами элементов И группы соответственно, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ и со входами шифратора соответственно, выходы которого соединены со входами первого регистра памяти соответственно, выходы которого со единены с разрядными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора им- пульсов, а выход счетчика соединен с его входом Сброс, введеиы второй и третий регистры памяти и блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управления соединен со вторыми входами элементов И группы, а второй выход блока управления соединен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с управляющими входами первого и второго регистров памяти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра памяти соответственно, выходы которого соединены со вторыми входами генераторов слу чайных импульсов группы и со входами третьего регистра памяти соответствен но, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика, а выходы третьего регистра памяти являются выходами генератора. Кроме того, каждый генератор случайнь Х импульсов содержит управляющий датчик случайного сигнала, коммутатор, первый и второй блок памяти, адресные входы которых объединены и являются первыми входами генератора, выходы блоков памяти под. ключены ко входам коммутатора соответственно, управляющий вход которого является вторым входом генератора выход коммутатора соединен со входом управляемого датчика случайного сигнала, выход которого является выходом генератора. Кроме того, блок управления содер жит первый и второй триггеры, элемент задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и являются первым входом блока, вторым входом которого является единичный вход первого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичньй выход которого является первым выходом блока и через элемент задержки соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого является вторым выходом блока, а нулевой выход первого триггера соединен с нулевым входом второго триггера. На фиг. 1 приведена структу рная схема генератора случайного процесса; на фиг. 2 - структурная схема генератора случайных импульсов; на фиг. 3 - временная диаграмма работы блока управления; на фиг. 4 - функциональная схема одного из возможных вариантов построения блока управления . . . Генератор случайного процесса содержит блок 1 ввода, группу 2 элементов И, шифратор 3, первый регистр 4 памяти, счетчик 5, генератор 6 импульсов, блок 7 управления, элемент ИЛИ 8, второй регистр 9 памяти, третий регистр 10 памяти. Блок 1 ввода выполнен на генераторах t1 случайных импульсов, каждьй из которых содержит первьй блок 12 памяти, второй блок 13 памяти, коммутатор 14, управляемый, датчик 15 случайных сигналов. Блок 7 управления содержит первый триггер 16, второй триггер 17, элементы И 18 и 19, элемент 20 задержки. Последовательно соединенные блок ввода, группа 2 элементов И, шифратор 3, первый регистр 4 памяти, второй регистр 9 памяти, элемент ИЛИ 8 проводят и регистрируют случайные испытания. Структура случайного испытания в предлагаемом генераторе не отличается от структуры испытаний в известном и заключается в одновременном отпирании группы 2 с последующей фиксацией в первом регистре 4 или во втором регистре 9 номера элемента И группы 2, через который с момента пульс блока ввода. Для моделирования очередного состояния процесса и интервала между этим состоянием и последукицим в пред лагаемом генераторе разыгрывается два случайных испытания. Результатом первого (фиг. 3 а) является случайное число, являющееся очередным состоянием процесса, которое при нуле.вом сигнале на первом выходе блока 7 заносится во второй регистр 9. Слу чайное число, формируемое в результа те второго испытания (фиг. 3 б) при единичном сигнале на первом выходе блока 7 заносится в первый регистр и впоследствии преобразуется генератором 6 и счетчиком 5 в случайный временной интервал, определяющий время перехода в следующее состояние Блок 7 управления вырабатывает сигналы в соответствии с временной диаграммой (фиг. 3). В момент времени Ц возникает сигнал переполнения счетчика 5. котО{м ЕЙ поступает на второй вход блока 7 и устанавливает в единичное состояние триггер 16. На втором выходе блока 7выр абатывается сигнал, который открывает элементы И группы 2 и тем самым разрешает случайные испытания. 8момент времени t2 оканчивается пер вое случайное испытание, на перв(Я4 входе блока 7 возникает импульс, по которому устанавливается в единичное состояние тригер 17, на первом выходе блока 7 вырабатывается единичнь сигнал. Длительность задержки элемен та 20 выбрана несколько больше длительности импульса на первом входе блока 7, поэтому триггер 16 в этом случае состояния не изменяет. В момент времени t оканчивается второе случайное испытание, на первом входе блока 7 возникает импульс, по которому сбрасывается триггер 16, а следовательно, и триггер 17. На первом и втором выходах блока 7 устанавливаются нулевые сигналы. Регистры 4, 9 и 10 имеют информационные входы приема информации и уп равляющие входы разревения приема информации, причем регистры 4 и 10 имеют прямые управляющие входы, а регистр 9 - инверсный управляющий вход. В качестве счетчика 5 используются счетчик, позволяющий организовать переполнения, вырабатываемому самим же счетчиком 5 под действием импульсов, поступш(нцих на его счетный вход с выхода генератора 6. Группа 2 элементов И выполнена на двухвходовых элементах И, первые входы которых Подключены к входам группы 2, а вторые входа объединены и соединены с управляющим входом группы 2. Упpaвляe a tй датчик 15 случайных сигналов фop BIpyeт поток случайных импульсо интенсивность которого А-1 : 1, п, п -число датчиков 15, определяется цифровым кодом, поступающим на его вход. Остальные узлы устройства - типовые элементы вычислительной техники соответствуюцего назначения. Устройство работает спедую1цим образом. Пусть необходимо настроить генератор на моделирование полумарковского Процесса, имеющего конечное множество из п состояний. В блоки 13 памяти записьшаются значения вероятностей перехода Р 1Л t nv 1сп перелива гл4 гической матрицы процессаП5 р. «тахастической 1, п. Причем при записи значение j определяет номер генератора И, которому принадлежит блок 13 па- мяти, а значение i адресует определенную ячейку в выбранном блоке 13 памяти. Следовательно, при возникновении кода i на адресном входе блока 1 ввода из блоков 13 пдмяти считываются коды вероятностей , соответствующие t-ой строке матрищл П. При нулевом сигнале иа вХоде блока ввода коды через коммутатор 14 поступают на входы соответствующих датчиков 15, в результате чего интенсивности j случай{е 1х потоков на выходах генераторов Ii задаются как x.-P-.SX 5 J к:1 Таким образом, вероятность р-- тоо, что и результате случайного исытания во втором регистре 9 устаноится значение J определяется знаением Р вроятности перехода. Для модел1Я)Ования полумарковского лучайного процесса необходимо, чтоы любое i-oe состояние процесса, озникшее случайным образом, одноначно определяло закон распределения интервала времени, через которы система переходит в некоторое следукндее состояние. Для этого в каждый блок 12 памяти записывается соответствующий столбец матрицы R,R Гя1н каждая i-ая строка конторой содержит вероятности qji j 1 n равные значениям требуемой функции плотности распределения времени нахождения процесса в состоянии в п равноотстоящих точках квантования. При считывании из блоков 12 содержимого ячеек с адресом в случае единичного сигнала на управляющих входах коммутаторов 14 датчики 15 настраиваются на формирование потоков с интенсивностямиТем самым в результате случайного испытания в регистре 4 устанавливается на случайное число, функция распределения которого определяется строкой , j 1 , п. Для формирования случайного интервала в устройстве применяются генератор 6 импульсов и счетчик 5, которые преобразуют случайное число записанное в регистр 4, в случайный временной интервал. Рассмотрим работу генератора начиная с момента, когда на выходе счетчика 5 появляется импульс переполнения . По этому импульсу содержимое регистра 4 переписывается в счет чик 5, содержимое регистра 9 в регистр 10. Блок 7 вырабатывает на первом выходе нулевой сигнал (фиг. 3 а) разрешающий прием информации в регистр 9, подключение коммутатором 14 считанных из блоков 13 памяти кодов переходных вероятностей на входы датчиков 15, и следовательно, ус таноБку требуемых интенсивностей потоков на их выходах. На втором выходе блока 7 вырабаты вается сигнал, который разрешает про ведение случайных испытаний. Первьй пришедший с момента начала испытания импульс генераторов I1 бло ка 1 ввода проходит через группу 2 элементов И, шифратор 3 и устанавливает в регистре 9 код, который соответствует следующему состоянию проце са. Одновременно этот же импульс через схему ИЛИ 8 поступает на первый вход блока 7. Блок 7 на своем первом выходе вырабатывает единичный сигнал (фиг. 3 б) разрешающий занесение нового случайного числа теперь уже в регистр 4. Коммутаторы 14 подключают к входам датчиков 15 выходы блоков 12 памяти, в результате чего интенсивности потоков на выходах датчиков 15 настраиваются в соответствии с требуемой функцией распределения нахождения процесса в состоянии k , где k - содержимое регистра 9. Выполняется второе случайное испытание. Случайный импульс блока 1 ввода, появившийся первым во втором случайном испытании, устанавливает в регистре 4 код временного интервала для k-ro состояния и поступает через элемент ИЛИ 8 на первый вход блока 7 который прекращает случайное испытание. Импульс переполнения с выхода счетчика 5 переписывает очередное состояние .k процесса из регистра 9 в регистр 10 и тем самым делает его текущим, а временной интервал из регистра 4 в счетчик 5. Следовательно, время, в течение которого .состояние k текущее, определяется начальным содержимым счетчика 5 и подчиняется заданной функции распределения. Далее цикл повторяется, блок 7 вырабатывает на первом входе нулевой сигнал и т. д. Изменением частоты генератора 6 производится требуемое масштабирование интенсивности выходного потока состояний процесса без изменения законов распределения интервалов между состояниями. Предлагаемый генератор случайного процесса может использоваться как самостоятельное устройство для формирования случайного процесса. Однако наиболее эффективно его применение совместно с управляющей ЭЦВМ или машиной общего назначения, что даёт возможность разгрузить ЭЦВМ от достаточно трудоемкой программной имитации случайных процессов, а формирование их возложить на предлагаемый генератор. ЭТО|повышает производительность системы при решении задач статистического моделирования, автоматизирует процесс управления генератором. Анализ показует, что предлагаемый генератор случайного процесса обладает максимальным быстродействием по сравнению с известным так как в структуре генератора применена схема быстрого случайного испытания, наиболее эффективно используются датчики потоков случайных импульсов блока ввода.

Формула изобретения

1. Генератор случайного процесса, содержащий группу генераторов случайных импульсов, вьжоды которых соединены с первыми входами элементов И группы соответственно, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ и со входами шифратора соответственно, выходы которого соединены со входами первого регистра памяти соответственно, выходы которого соединены с разрядными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход счетчика соединен с его входом Сброс, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования марковских и прлумарковских случайных процессов, он содержит второй и третий регистры памяти и блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управления соединен со вторыми входами элементов И группы, второй выход блока управления соединен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с управляющими входами первого и второго регистров памяти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра памяти соответственно, выходы которого соединены со вторыми входами генераторов случайных импульсов группы и со входами третьего регистра памяти соответственно, управляющий вход которого соединен с выходом

счетчика, а выходы третьего регистра памяти являются выходами генератора .

2.Генератор по п. I, отличающий с я тем, что каждый генератор случайных импульсов содержит управляемый датчик случайного сигнала,

jкоммутатор, первый и второй блоки памяти, адресные входы которых объединены и являются первыми входами генератора, выходы блоков памяти подключены ко входам коммутатора соответственно, управлякиций вход которого является вторым входом генератора,

5 выход коммутатора соединен со входом . управляемого датчика случайного сигнала, выход которого является выходом генератора.

3.Генератор по п. I, о т л и 0 чающийся тем, что, блок управления содержит первый и второй триггеры, элемент задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и являются первым

5 входом блока, вторым входом которого является единичный вход первого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с единичным

0 входом второго триггера, единичный выход которого является первым выходом блока и через элемент задержки соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен

5 с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого является вторым выходом блока, а нулевой выход первого триггера соединен с нулев ым входом второго триггера.

0

Источники информации,

принятые во внш 1ание при экспертизе

I. Авторское свидетельствю СССР № 504176, кл. G 06 F 1/02, 1975. 5 2. Авторское свидетельство СССР № 344431, кл. G 06 F 1/02, 1971 (прототип) .

(puf. 1

(paf.2