Генератор случайных чисел Советский патент 1981 года по МПК G06F7/58 

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

1

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности для реализации на ЭВМ метода Монте-Карло, а° также для статистического моделирования сложных систем, решения задач теории надежности и т.д.

Генерируемые устройством случайные числа интерпретируются как случайные события, которые могут появляться с соответствующими вероятностями в моделируемой сложной системе.

Известен генератор случайных чисел с заданными законами распределения. Он использует в качестве исходных данных вероятности появления нулей и единиц в каждом разряде генерируемого случайного числа, поступающие из ЭВМ Ul .

Генератор обеспечивает генерирован1|е случайных чисел с заданными законами распределения. Однако использование поразрядных вероятностей приводит как к усложнению алгоритмов их расчета на ЭВМ, так и процесса генерирования случайных чисел в самом устройстве, а следовательно, и к увеличению необходимого оборудования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению

является генератор случайных чисел, содержащий первичный источник равномерно распределенных случайных чисел, генератор тактовых импульсов, блок сравнения, блок памяти,счетчик C2j.

Недостатком известного генератора является то,- что он не позволяет моделировать задачи теории надежнос10ти.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования случайного потока случайных чисел, отображающих

15 поток отказов с указанием номера отказавшего элемента.

Для достижения поставленной цели в генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов,

20 выход которого подключен к первому входу блока памяти и к счетному входу счетчика, разрядные выходы .которого являются выходами генератора, второй вход счетчика объединен с

25 входом первичного источника равномерно распределенных случайных чисел и подключен к выходу блока сравнения, введены сумматор, регистр (Памяти и умножитель, первый и второй (входы которого подключены соответст30

венно к выходу первичного источника равномерно распределенных случайных чисел и к первому выходу блока памяти, вьоход умножителя через регистр памяти подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к второму выходу блока памяти, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения.

На чертеже представлена блок-схема генератора.

Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, первы( источник 2 равномерно распределенных случайных чисел, блок 3 памяти, первый вход которого соединен с выходом генератора 1, блок 4 сравнения, выход которого соединен со входами блока 3 памяти, источника 2 и с етчика 5, другой вход которого соединен с выходом генератора 1. Выход источника

2через умножитель 6 и регистр 7 памяти соединен со входом блока 4 сравнения, другой вход которого чере сумматор 8 соединен с выходом блока

3памяти, другой выход которого соединен с входом умножителя 6.

В настоящее время получили широкое распространение статистические методы моделирования при исследовании надежности сложных систем.

Для этого используют вероятностные модели исследуемых систем. Эти модели в большинстве случаев можно разделить на две основные части: структурную, представляющую собой формализованное отображение системы в виде топологической структуры (графа), и алгоритмическую, т.е. комплекс алгоритмоб, позволяющих исследовать топологическую структуру дл§ получения необходимых оценок, реализация которых может быть осуществлена с помощью соответствующих устройств.

Ребра графа, описывающего систему представляют собой элементы системы а вершины - точки соединения этих элементов. Отказу какого-то элемента системы соответствует размыкание одноименного ребра графа.

При моделировании задают поток отказов элементов системы, т.е. поток событий, состоящий в размыкании ребер описывающего систему графа и проводят ряд статистических испытаний графа на связность. По окончании испы-ваний получают оценки показате. лей тадежности системы.

- При таком подходе к решению задачи надежности важнейшим звеном модели является генератор потока отказов: от его качества зависит точност конечных результатов.

При статистическом моделировании генератор потока отказов в каждой реализации должен выполнять две основные функции: генерировать момент

времени t, в который произошел отказ элемента в системе; указать номер отказавшего элемента с учетом вероятности его отказа, вычисленной на момент t, т.е. определять место возникновения отказа. Место возникновения отказа характеризуется номером этого элемента в системе.

Алгоритм работы генератора заключается в следующем:

.(t),

1

где N - количество элементов в системе.

gj-lj J.

равномерно распределенное в интервале .

Для фиксированного gj это неравенство выполняется лишь при какомто одном значении k, которое и определит номер отказавшего элемента.

При достаточно большом числе испытаний количество попаданий на i-ый участок интервала О- f пропорционально его длине (т.е. значению ((t), а это означает, что случайные события - отказы элементов, характеризуемые выпадающими номерами - врспроизводятся в соответствии с распределением вероятностей Q-, (t) .

Генератор работает следуюа1им образом.

В блок 3, памяти заносятся зара нее рассчитанные значения вероятностей отказов элементов сие темы ()

и их сумма f . Работа генератора тактируется генератором тактовых импульсов. Все устройство запускается подачей импульса в цепь выхода блока 4 сравнения. При этом запускается источник 2 сбрасываетея счетчик 5 и по первому выходу блока памяти на второй вход умножителя 6 поступает значение J. Тактовые импульсы генератора 1 поступают на первый вход счетчика 5 для подсчета и на первый вход блока 3 памяти. С приходом каждого следующего (после запуска схемы) тактового импульса по ВТОРОМУ выходу блока 3 памяти на вход сумматора 8 поступает очередное, начиная с первого.

значение (l(t) для суммирования. На первый вход блока 4 сравнения через регистр 7 памяти с умножителя 6 поступает случайное число €у , равномерно распределенное в интервале (О, Т ). равное произведению значения J из блока 3 памяти и числа v ,. равномерно распределенн ое в иитервёше (О, 1); поступающего с выхода источника 2. На второй вход блока 4 сравнения поступает с сумматора 8 накапливаемая по тактгш сумма значений вероятностей отказов элементов (t). Как только сумла 2jQv(t) превышает значение у , блок сравнения вьодает импульс, по которому со счетчика 5 на выход генератора поступает число, равное подсчитанному за время сравнения количеству тактовых импульсов f3To число соответствует минимальному количеству) ), считая с первого, при котор И4 сумма Sj((t) превысила значение §j , и, следовательно, согласно алгоритму, равно номеру отказавшего в системе элемента, счетчик 5 обнуляется, блок 3 памяти приводится в исходиое состояние (т.е. к адресу с номером ). Далее процесс выбора очередного номера отказавшего элемента для следующей реализации повторяется.

Фбрмула изобретения Генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов.

выход которого подключен к первому входу блока и к счетному входу счетчика, разрядные выходы которюго являются выходами генератора, второй вход счетчика объединен с входом первичного источника равномерно распределенных случайных чисел и подключен к выходу блока сравнения, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет

o формирования случайного потока случайных чисел, он содержит сумматор, регистр памяти и умножитель, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу первичного

5 источника равномерно распределенных случайных чисел и к первому выходу блока памяти, выход умножителя через регистр памяти подключен к первому входу блока сравнения, второй вход

0 которого через сумматор подключен к второму выходу блока пгшяти, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

I 1. Авторское свидетельство СССР 1 1855б9, кл. G Об F 7/58, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР ,№260969, кл. G 06 F 7/58, 1968 (прототип) .