Генератор потоков случайных событий Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(54) ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ

1

изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания вычислительных устройств с вероятностным представлением информации, для аппаратурного моделирования случайных процессов и для построения датчиков случайных чисел.

известен генератор потоков случайных событий, содержащий датчик первичного источника шума, триггеры со схемами коррекции, дешифратор и коммутирующее устройство 1.

Этот генератор использует принцип дизъюнктивного формирования вероятностей, суть которого состоит в том, что задание требуемого закона распределения вероятностей по каналам производится путем объединения и (или) перенумерации некоторых выходов равновероятного деширатора.

Однако такие генераторы требуют большого объема оборудования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор потоков случайных событий, в котором число первичных источников щумового напряжения сокращено до одного. Он содержит датчик первичного потока случайных импульсов, кипп-реле, элемент и и последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор, коммутирующее устройство и блок элементов ИЛИ 2.

В качестве первичного набора вероятностных констант в известном генераторе используется априорный ряд вероятностей Pjn (Т) численные значения которых определяются следующим образом

at -л-L Р-

(i:

где Д

интенсивность пуассоновского

потока,

t - временная выдержка кипп-реле. Однако существующая в данном случае прямая (непосредственная) зависимость вероятностных констант (1) от параметра Л является основной причиной невысокой точности работы известного генератора, поскольку именно стабилизация интенсивности Л представляет наибольшую трудность в техническом отнощении.

Пель изобретения - повыщение точности воспроизведения требуемого закона распределения вероятностей событий за счет

формирования вероятностных констант, собственные значения которых не зависят от параметра Л .

Для достижения поставленной цели в известный генератор потоков случайных событий, содержащий генератор lyaccoHoacкого потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, вы-ходы которого через последовательно соединенные коммутатор и блок элементов ИЛИ соединены с разрядными входами регистра памяти соответственно, разрядные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока элементов И, управляющий вход которого является входом «Опрос генератора, а выходы блока элементов И образуют группу выходов генератора, введены линия задержки, делитель частоты и два элемента задержки, выход генератора пуассоновского потока импульсов через линию задержки соединен с счетным входом делителя частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора, а выход делителя частоты соединен с управляющим входом регистра памяти и со входом первого элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом «Сброс счетчика.

Введение линии задержки и делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления (к+1), к: 0,1,2... позволяет формировать наборы высокостабильных вероятностных констант, собственные значения которых практически не зависят от параметра Л., что в конечном итоге обеспечивает высокую точность воспроизведения закона распределения вероятностей событий на выходе генератора. Регистр памяти и блок элементов И служат целям формирования случайных событий по запросам (тактированным либо произвольным во времени).

Высокая стабильность вероятностных констант достигнута за счет ведения случайного времени накопления импульсов в счетчике, распределенного по закону Эрланга к-го порядка (к 0,1,2...) с тем же параметром, что и параметр Я потока импульсов, подлежащих счету. Благодаря этому устраняется влияние флюктуации параметра Л на собственные значения формируемых вероятностных констант.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - наборы вероятностных констант Pj (К), используемые в генераторе, при различных коэффициентах деления (К+1), К 0, 1, 2... частоты следования импульсов задержанного потока.

Генератор содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, последовательно соединенные линию 2 задержки и делитель 3 частоты, последовательно соединенные счетчик 4, стробированный дешифратор 5, коммутатор 6, блок 7 элементов ИЛИ, регистр 8 памяти, управляющий вход которого соединен с выходом делителя 3,.блок 9 элементов И и два элемента 10 и 11 задержки.

Генератор работает следующим образом.

Поток импульсов генератора 1 одновременно поступает на вход счетчика 4 и линию 2 задержки. На выходе линии 2 задержки он смещается во времени на величину Tj, при которой обеспечивается статистическая независимость моментов появления импульсов потока Эрланга /С-го порядка, формируемого с помощью делителя 3 частоты, от потока импульсов, поступающих на вход счетчика 4.

Счетчик 4 фиксирует количество случайных импульсов прямого потока, появивщихся на случайных интервалах задержанного

и регулярно просеянного потока. Каждый импульс выходного потока делителя 3 выполняет следующую последовательность операций: возвращает опрокинутый в предыдуе щем цикле триггер регистра 8 памяти в исходное нулевое состояние, опрашивает дешифратор 5 и сбрасывает в «О содержимое счетчика 4. Для реализации этой последовательности операций служат элементы 10 и 11 задержек,их величины определяются временем, необходимым для того, чтобы в регистре 8 и дешифраторе 5 закончились переходные процессы.

В соответствии с состоянием счетчика 4 в момент опроса дешифратора 5 на определенном его выходе появляется импульс, который через ключи, установленные на коммутаторе 6, и блок элементов ИЛИ поступает на установочный в «I вход соответствующего триггера 8 регистра. Время пребывания каждого триггера в состоянии «1

д суть время, в течение которого соответствующий данному триггеру элемент И блока 9 находится в открытом состоянии. Относительная продолжительность времени или вероятность пребывания i-ro элемента И блока 9 в открытом состоянии равна нормированной интенсивности А; /Л импульсов, переводящих i-й триггер в состояние «1.

Нормированные значения интенсивностeй.Лj/jlв соответствии с требуе.мым законом распределения вероятностей составляются путем логического суммирования вероятностных констант Р (К), отображающих вероятностные состояния счетчика 4 в моменты опроса дешифратора 5.

Определим вероятности Р (К). Вре.менной интервал Т, на котором производится

, подсчет импульсов, распределен по закону Эрланга К-го порядка

л-(лг)

-лт

к 0,1,2,...,,.(2)

К

(К) находятся как ревероятностей Pjr/ (и), ением (1), по всем м t

-At лСАТ)

-лг - е dl

КI

С3

, m 0,1,2..., К 0,1,2....

Таким образом, значения вероятностных констант Р (К), формируемых в предложенном генераторе, практически не зависят от параметра X генератора 1. Благодаря этому в предложенном генераторе обеспечивается высокая точность (стабильность во времени) воспроизводимых законов распределения случайных событий.

Поскольку вероятности возбуждения каждого из m выходов дешифратора 5 априори известны, то при объединении этих выходов с помощью коммутатора 6 и блока 7 элементов ИЛИ можно формировать с помощью регистра 8 памяти несовместные события, распределенные в пространстве (по каналам) в соответствии с требуемым законом.

Сигналы внешнего запроса поступают на импульсные входы элементов И блока 9 и преобразуются в последовательность случайных событий, распределенных в пространстве по определенному закону, установленному с помощью коммутатора.

Для обеспечения статистической независимости потока импульсов, поступаюш,их в счетчик 4, от импульсов на выходе делителя 3 частоты необходима линия временной задержки величиной t (4-5) В этом случае вероятность бы частичного перекрытия одних и тех же (при К 0) или зависимых (при ) временных интервалов прямого и задержанного потоков импульсов составляет величину достаточно малого порядка

«-vr-

При Л 10 С требуемая величина задержки tj (К+1) 50 МКС может быть получена с помощью современных аналоговых линий задержки. В ряде других случаев, в том числе и при Jl 105c, целесообразно использовать дискретные (цифровые) линии задержки, построенные с применением интегральных.схем.

Процедура настройки предложенного генератора относительно проста и заключается в следующем.

Исходя из требуемого закона распределения событий, выбирается наиболее подходящий набор первичных вероятностных констант Рщ (К) путем установки коэффициента (К+1), К 0,1,2... делителя 3. Затем путем объединения и (или) перенумерации выходов дещифратора 5 устанавливают численное соответствие между синтезируемым

и требуемым дискретными законами распределения вероятностей.

Предложенный генератор характеризуется высокими по качеству рабочими характеристиками (точностью, стабильностью, быстродействием) прежде всего потому, что в нем для формирования вероятностных констант используются так называемые «модельные свойства пуассоновского потока, более устойчивые во времени, нежати параметрические свойства этого же потока.

используемые в известном генераторе.

Интенсивность генератора 1 не является параметром, определяющим собственные значения вероятностных констант, она является лишь масштабным коэффициентом процесса и определяет быстродействие генератора при формировании независимых событий.

Генератор может быть использован при разработке широкого класса вероятностных устройств, а именно датчиков случайных чисел, вероятностных коммутаторов, вероятностных автоматов и вычислительных машин, устройств случайного поиска и управления, различных адаптивных систем обработки информации и моделирования.

Результаты лабораторных испытаний макета предложенного генератора подтвердили его работоспособность, техническую реализуемость, а также высокие точность и быстродействие. Достигнута точность п;) порядок выще точности известного генератора, при этом отпадает необходимость в повторной настройке генератора в процессе длительной его эксплуатации.

Формула изобретения

35

Генератор потоков случайных событий, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими

разрядными входами стробированного дещифратора, выходы которого через последовательно соединенные коммутатор и блок элементов ИЛИ соединены с разрядными входами регистра памяти соответственно, разрядные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока элементов И, управляющий вход которого является входом «Опрос генератора, а выходы блока элементов И образуют группу выходов генератора, отличающийся тем.

0 что, с целью повыщения точности, он содержит линию задержки, делитель частоты п два, элемента задержки, выход генератора пуассоновского потока импульсов через линию задержки соединен со счетным входом делителя частоты, управляющий вход которого

является управляющим входом генератора, а выход делителя частоты соединен с управляющим входом регистра памяти п с входом первого элемента задержки, выход

которого соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом «Сброс счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2 Авторское свидетельство СССР № 345487, кл. G 06 F 7/58, 1971 (прототип).