Многоканальный генератор случайных величин Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для решения задач моделирования систем с учетом случайных внешних возмуиаювдх факторов и случайных .параметрических отклонений объектов,, а также для создания стохастических вычислительных ма1чин, при моделировании случайных процессов и для построения многоканальных датчиков случайных чисел..

Известны способы и устройства. , формирования системы случайных величин с заданнь1ми статистическими характеристиками. . .

Известен способ формирования cJiyчайных величин, заключающийся в нелинейном преобразовании исходного случайного процесса, причем попарные произведения характеристик преобразователей ортогональны двуг 1ерной плотности вероятностей исходного случайного процесса .

Однако этот способ не позволяет получать .случайные величины с заданным многомерным законом распределения вероятностей.

Известен способ формирования случайных сигналов с заданным многомерным законом распределения вероят.ностей, заключающийся в формировании совокупности независимых нормальных случайных процессов, из которых статистически выбир ают один в каждый момент времени и умножают на определенный весовой коэффициент 2.

Однако этот способ не обеспечивает точного воспроизведения заданного многомерного закона распр.еделения

10 вероятностей. -Кроме того, для его осуществления требуется использование большого количества первичных источников случайных сигналов, что усложняет его аппаратурную реализацию.

15

Известен многоканальный генератор случайных чисел, который содержит первичный источник случайных импульсов, блок формирования импульсов, фильтр низких частот, ключ, амплитуд20ный селектор, блоки памяти,матричный переключатель, многофазный ждущий мультцвибратор, регистр сдвига импульсов, делитель частоты, и блок управления 3.

25

однако это устройство не позволяет получать случайные числа с произвольным заданнь1М многомерным законом распределения вероятностей, так как обеспечивает формирование тольйо независимых случайных чисел. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для реализации способа формирования систег-1ы независимых случайных величин заключающегося в нелинейном преобразовании суммы случайных сигналов, один из которых имеет равномерное (распределение, а другой - произвольг ное, причем нелинейное преобразование производится в соответствии с периодической функцией, период которой равен области существования одно го из исходных случайных сигналов 4 Однако устройство позволяет получать только независимые случайные величины. Это существенно сужает фун кциональные возможности устройств такого типа, так как на практике обычно требуется моделировать системы случайных величин с заданными корреляционными .связями. Кроме того при решении многих задач необходимо моделировать системы случайных величин с произвольными Заданными многомерными законами распределения вероятностей. Использование известного технического решения не позволяет обеспечить формирование системы случайных величин с произвольным заданным многомерным законом распределиния вероятностей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем воспроизведения произвольных заданных многомерных законов ра:определения вероятностей. Поставленная цель достигается тем что в многоканальный генератор случайных величин, содержащий датчик случайного напряжения, группу блоков динамической памяти, датчик равномер но распределенных временных ийтервалов, введены дешифратор и коммутатор причем вход дешифратора соединен с выходом датчика -случайного напряжения, а выходы дешифратора подключены к первым входам группы блоков динамическрй памяти, а также к входу ком мутатора и к входам датчика равномер но распределенных временных интервалов, выход которого соединен с вторыми входами группы блоков динамичер кой памяти, выходы группы блоков динамической Памяти подключены к инфор мационным входам коммутатора, выходы которого являются выходами генератора. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства. Устройство содержит датчик 1 случайного напряжения, дешифратор 2,. группу 3 блоков 3, 3, ...f 3 динамической памяти, датчик 4 равномерно распределенных временных интер валов , коммутатор 5. Выход датчика 1 случайного напряжения соединен с входом дешифратора 2, выходы которого подключены к первым входам группы 3 блоков 3, 3,, . .. , 3т динамической памяти, к управляющему входу коммутатора 5, а также к входу датчика 4 равномерно распределенных временных интервалов.. Выход датчика 4 подключен к вторым вхедам группы 3 блоков 3, 32, ..., 3т динамической памяти, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора 5. Устройство работает следующим образом. Датчик 1 случайного напряжения вырабатывает периодически случайное напряжение, значения которого подчиняются равномерному закону распределения вероятностей. С выхода датчика 1 случайное напряжение поступает на вход дешифратора 2, представляющего собой блок компараторов, производящих сравнение сигнала Ui с эталонными напряжениями . 2hu, , Mh. При совпадении случайного напряжения Uy с соответствующим эталонным напряжением на i-oM выходе дешифратора вырабатывается потенциальный сигнал (уровень напряжения), который поступает на первый вход блока 3,- , а также на вход датчика 4 равномерно распределенных временных интервалов и на управляющий вход коммутатора 5. С момента получения потенциального сигнала с i-ro выхода дешифратора 2 в блоке , представляющем собой генератор тактовых импульсов, счетчик адреса и запоминающее-устройство, запускается генератор тактовых импульсов и начинается последовательное считывание кодов зйачений составляющих зц;, х,, ..., х „.j многомерной случайной величины. Одновременно датчиком 4 начинается выработка случайного временного интервала в диапазоне от О до Tj .Сигналы с выходов запоминающего устройства не передаются на информационные входы коммутатора 5 до тех -пор, пока не закончится формирование случайного ВЕ)еменного интервала Т в датчике 4 равномерно распределенных временных интервалов. По окончании формирования случайного временного интервала Г{ с выхода датчика 4 поступает импульсный сигнал на вторые входы блоков 3. Этим сигналом прекращается формирование тактовых импульсов в блоке 3( с динамическим считыванием, фиксируется текущее значение кодов ir,) , X j. (г ), . .. , ХрД т ) , разрешается передача этих кодов с выходов блоков 3,- на .информационные входы коммутатора 5 и обнуляется счетчик,адреса. Комглутатор 5, который при помощи сигнала с выхода дешифратора 2 настроен на передачу на эыходы устройства кодов с выходов блоков 3. , передерет сформированные значения ), ), ..., x.(r) на выхо устройства. По окончании цикла формирования многомерной случайной величины выра батывается новое значение случайног напряжения , и процесс выpaбoтkи значений х, х, ..., х,, повторяетс Каждый из блоков 3| содержит п эле- .ментов памяти; в первом хранятся зн чения составляющей х,во втором - з чения xj;; и т.д.. Математическое обоснование принципа работы многоканального генератора случайных величин -заключается в следующем. Лля системы случайных величин X (х, х , . Xnj , описываемой заданной многомерной функцией распределения вероятностей F(x, x.i2, ..., Хр), некоторому з пачению величины 1- , распределенной на интерва ле от О до 1, соответствует несколь ко наборов, значений {.х.,.,-, X2.j, . .., Хщ3 ,удовлетворяющих условию ) г . (1) F(x,,-, .х, Присвоим этим наборам номера от О до k . и поставим в соответствие каждому из наборов равностоящие моменты времени tp, t, .... tjj. Для того чтобы формировать значения си ст&лы случайных величин {х,. х, ..., х„j, необходимо формировать в .моменты времени tg, t, ..., t.(j зна чения x(t) , ), ..., x (t) и статистически выбирать один набор в момент времени Т, равномерно распределенный на интервале от О до ТГ Формирование значений , х (t) , ..., х„- (t) осуществляется блоком 3 с динамическим считыванием Значения кодов х, Xj.;, ...| х,-зара нее вычисляются исходя из уравнения (1). При этом настройка устройства на формирование системы случайных величин{х, х, ..., х„} с заданным многомерным законом распределения вероятностей осуществляетсяпутем записи соответствующих кодов в блок 3i ,32, f Зтп. Вычисление кодов х,-, х,., .... х выполняется заранее вручную или с помощью ЭВМ. Шаг дискретности Ь„ при дешифрировании случайного напряжения определяется количеством уровней квантования М знач1ений функции F (X,, Х2, ..., х„) Ьц , где . максимапьЯое значение случайного напряжения U. Введение нйвых блоков и связей между ними позволяет расширить функциональные возможности устройства. Формула изобретения Многоканальный генератор случайных величин, содержащий датчик случайного напряжения, группу блоков динамической памяти, датчик равномерно распределенных временных интервалов, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возгюжностёй путем воспроизведения произвольных заданных многомерных законов распределения вероятностей, он содержит дополнительно даиифратори коммутатор, причем вход дешифратора соединен с выходом датчика случайного напряжения, а выходы дешифратора подключеныК первым входам группы блоков динамической памяти, . а также к управляющему входу коммутатора и к входам датчика равйомерно распределенных временных интервалов, выход которого соединен, с вторыми входами группы блоков динамической памяти, выходы, группы блоков динамической памяти подключены к информационным входам коммутатора, выходы которого являются выходами . генератора. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 381080, кл. G 06 G 7/52, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 391576, кл. G 06 G 7/52, 1972. , 3.Авторское Свидетельство СССР № 534775, КЛ. G 07 С 15/00, 1975. 4.Авторское свидетельство СССР 336670, кл. G 06 G 7/52, 1970 (прототип).