Управляемый генератор потоков случайных событий Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при.вероятностном моделировании.

По основному авт.св. О 344431 известен генератор, содержащий последовательно соединенные блок ввода, блок элементов И, , регистр памяти и счетчик, вход которого соединен с. выходом генератора импульсов ,j а.выход соединен с управляющим входом регистра памяти, выходы которого через блок блокировки соединены со входом блока элементов И, другой вход которого подключен к выходу 0лока. задания дл.ительности испытания f 1.

Однако управление всеми элементамя Не выхода блока задания длительности испытания осуществляется одновременно, что снижает точность управления генератором.

Целью изобретения является повышение точности генератора..

Для достижения поставленной цели блок дсщания длительностей испытания содержит генератор импульсов, счетчик, группу регистров памяти и группу схем сравнения, выходы которых являются выходом блокаг выход генератора импульсов соединен со счетным ,

входом счетчика, вьаходы которого соединены с первыми группами входов схем сравнения группы соответственно, вторые группы входов которых соединены с выходс1ми соответствующих регистров памяти группы, входы которых образуют информационный вход блока.

На фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 - работа генера.тора.

Генератор содержит блак 1 ввода потоков случайных импульсов, блок 2 згщания длительностей испытаний, блок 3 элементов И, шифратор 4, регистр 5 памяти, счетчик 6, блок 7 блокировки, генератор в импульсов. Блок 1 ввода пЪтоков случайных импульсов содержит датчик 9 потоков случайных импульсов и блок 10 элементов задержки. Влок 2

20 задания длительностей испытаний содержит генератор 11 импульсов, счетчик 12, регистры 13 памяти и схемы 14 сравнения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что настройка на заданную функцию распределения вероятностей осуществляется путем изменения соотношения длительностей- разрешающих сигналов для каждой из схем совпадения, входящих в блох схем совпадения, а не за счет изменения интенсивностей датчика 9 в отличи-е от прототипа. Очевидно, организовать программное управление длительностями разрешающих сигналов проще, чем управлять интенсивностями потоков случайных импульсов, формируемых дат чиками потоков случайных импульсов. Интенсивности всех потоков случайных импулъсод, поступающих на эле- . менты И, входящие в блок 3, постоянн одинаковы для всех элементов И, вход щих в блок 3 и не изменяются в. проце се перенастройки на воспроизведение другой функции распределения ве:роятНостей. Это позволяет использовать один качественный датчик потоков случайных импульсов и Осуществить для него стабилизацию интенсивности формируемо;Го потока. Рассмотрим назначение -отдельных блоков предлаг.аемого генератора нест ционарных потоков случайных событий с цифровым управлением.. Блок 1 ввода потоков случайных импульсов предназначен для формирования п независимых потоков случайных импульсов с требуемыми интенсивностями. Блок 2 задания длительностей испытаний предназначен для формирования п разрешающих сигналов (по числу элементов И в блоке 3, число которых соответствует числу интервалов квант вания воспроизводимой функции распределения вероятностей) длительнос ти этих сигналов соответствуют кодам поступающим от внешнего источника управляющих кодов (например, от ЗВМ) и определяют вероятности попадания формируемой случайной величины в соответствующий интервал квантования. Таким образом, с помощью этого. блЬка осуществляется управление видом воспроизводимой функции распределения вероятностей и ее числовыми характеристиками. Блок 3 элементов И, содержащий п 3-х входовых элементов И, предназначен для реализации случайного испыта ния и формирования унитарного кода, в котором единица соответствует тому элементу И блока 3, на выходе которого появляется сигнал в данном ци ле, испытйний. Шифратор 4 предназначен для преоб разования п-разрядного унитарного ко да номера того элемента И блока 3, через который проходит первый сигнал при проведении очередного случайного испытания в позиционный код-соответс вующей разрядности. Регистр 5 памяти предназначен для запоминания номера того элемента И блока 3, через который проходит первый после начала случайного испытани импульс от блока 1 ввода потоков слу чайных импульсов. Счетчик б импульсов и генератор 8 импульсов предназначены для преобразования кода, поступающего из регистра 5 номера элементов И, во временной интервал. Блок 7 блокировки предназначен для запрещения проведения случайного испытания путем блокировки элементов И .блока 3, если в регистре 5 номера элементов И хранится код, отличный от нуля. Датчик 9 потоков случайных йютульсов предназначен для формирования первичного потока случайных импульсов, например пуассоновского, с интенсивностью Д/. Блок 10 элементов задержки предназначен для получения из одного случайного импульсного потока, например пуассоновского, с интенсивностью X п независимых потоков с той же интенсивностью. Для этого может быть использовано, например, .свойство пуассоновского потока, заключающееся в том, что длительности интервалов между соседними, сигналами в пуассоновском потоке независимы друг от друга. Для пуассоноЕского потока на входе и выходе линии задержки практически независимы друг от друга, если за время задержки ty с вероятностью, близкой к единице, приходит очередной импульс входного потока. Требуемая величина t, определяется по формуле Vi f /L - интенсивность пуассоновского потока; 1 - Р, Р - вероятность появления импульса на выходе датчика 9 потоков случайных импульсов за время t., эта вероятность выбирается достаточно близкой к единице. Элементы задержки, могут быть выполнены, например, на триггерах Шмидта, входящих в состав интегральных комплексов элементов (серии 155, например). Генератор 11 импульсов и счетчик 12 импульсов предназначены для формирования кода текущего времени .проводимого случайного испытания, необходимого для работы преобразователей код - временный интервал. Формируемый код поступает на схемы сравнения всех преобразо:вателей код - временный интерваш, чет обеспечивается синхронность их работы. Блок 13 регистров памяти предназначен для хранения управляющих кодов, поступающих от внешнего источника, например .от управляющей ЭВМ, и опрееляющих вид воспроизведения функции распределения и ее числовые характеристики.

Схемы сравнения 14 предназначены для выработки совместно с регистром п разрешающих сигналов, поступающих на элементы И блока 3 элемен-тов И. Разрешающий сигнал формируетс на выходе Ксщдой схемы сравнения в. течение интервала времени, когда величина кода, хранящегося в соответствующем ей регистре 13 больше, чем величина кода текущего времени случайного испытания на выходе счетчика 12 импульсов. .

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в стационарном режиме, который характеризуется, тем, что на щяояе генератора формируется поток случайных событий (случайных интервалов времени соседними сигналами) , япя которого вид воспроизводимой функции распределения вероятностей и ее числовые характеристики остаются неизменными. Так как характер воспроизводимой функции распределения и ее числовые характеристики определяются управляющими кодами, хранимыми в регистрах 13 то, следователь но, в стационарном режиме эти код остаются неизменными.

Воспроизводимая функция распределения аппроксимируется набором вероятностей, каждая из которых берется равной среднему значению функции рас пределения на интервале квантования. Поэтому, чём большее, число интервалов квантования использовано для аппроксимации, тем выше точность воспроизведения заданной функции распре деления. Количество интервалов квантования равно числу потоков случайных импульсов, поступающих от блока 1 ввода потоков случайных импульсов, числу элементов И блока 3, числу регистров 13 и схем сравнения 14. Это число обозначено символом п.

Рассмотрим работу генератора с момента времени, когда на выходе счетчика 6 импульсов появляется сигнал переполнения, которлй устанавливает в нуль все разряды регистра 5 номера элементов И. Если во все разряды регистра 5 номера элементов И записаны нули, то срабатывает блок 7 блокировки и открывает по блокирующему входу элементы И блока 3. Блок 2 заданиядлительностей испытаний периодически вырабатывает п разрешающих сигналов, которые поступают на п элементов- И блока 3. Длительность разрешающего сигнала -Ь , поступающего, на i-й элемент И блока 3, определяется кодом в i-M регистре 13 и изменяется от значения величины Т - периода следования сигналов от генератора 11 импульсов до величины Т (), где m - разрядность счетчика 12 импульсо Разрешающие сигналы вырабатываются на выходах схем сравнения 14 в течение промежутка времени, когда величина кода текущего времени в счетчике 12 импульсов меньше или равна величине кода в соответствующем регист ре 13 памяти. Таким образом, каждый элементов И блока 3 оказывается открытым на интервал времени, определеный кодом,Хранящимся в соответствующем ей регистре 13. Первый же импуль поступивший от блока 1 ввода потоков случайных импульсов в течение времени проведения случайного испытания, когда элемент И блока 3 открыт по управляющему (от схем сравнения 14) и по блокирующему (от блока 7 блокировки) , входам, проходит через один из элементов И блока 3 и шифратор 4 записывает в регистр 5 номер того элемента И, через который прошел импульс. После этого содержимое регистра 5 памяти уже не является нулевым, поэтому срабатывает блок 7 блокировки, который запрещает по блокирующему входу работу элементов И блока 3, и до следующего случайного испытания состояние регистра 5 номера элементов И не изменяется.

Вероятность того, что первь 1 пройдет импульС; через i -и элемерт И блока 3, зависит от длительности разрешающего (управляющего) сигнала, постпающего на этот элемент И от соответствующей схемы сравнения 14 и, следовательно, от величины управляющего кода в i-M регистре 13. Изменяя величины управляющих кодов в регистрах 13 можно управлять вероятностями того, что в регистре 5 номера элемента И записывается номер того или иного элемента И блока 3, т.е. формировать требуемую функцию распределения вероятностей.

По сигналу переполнения счетчика

6иIvшyльcoв осуществляется перезапись нового содержимого регистра 5 номера элементов И в счетчик 6 импульсов и обнуление регистра 5 памяти и, как следствие этого, блок

7блокировки разрешает работу бло ка 3, после чего начинается новое случайное испытание.

Генератор 8 импульсов и счетчик 6 импульсов совместно осуществляют преобразование числа, записанного в счетчик 6 импульсов, во временной интервал между соседними «сигналами формируемого предлагаемым генератором потока случайных импульсов; одновременно с этим проводится новое случайное испытание, в результате которого формируется новое случайное число (номер элемента И блока 3, через который прошел импульс), которое записывается в регистр 5. Интенсивность выходного потока случайных сигналов, формируемого предлагаемым генератором, регулируетс.я путем изменения частоты следования сигналов, поступающих от генератора 8 импульсов; изменение частоты reHefiaтора и импульсов не влияет на вид воспроизводимой функции респрёделени вероятностей. Рассмотрим работу предлагаемого генератора в нестационарном режиме, т.е. процедуру перенастройки генератора на воспроизведение другой функции распределения вероятностей. Перенастройка осуществляется путем записи в регистры 13. управлякицих кодов, соответствующих новой функции распределения. Быстрая перенастройка предлагаемого генергатора с воспро изведения одной функции распределени на воспроизведения другой (время перенастройки равНо времени записи в регистры 13 новых управлякндих кодов) с помощью управляющей ЭВМ или другого средства формирования управляющих кодов позволяет формировать нестационарные потоки случайных импульсов. Ниже приводятся математические соотношения, позволяющие определить значения управляющих кодов, если задана функция распределения вероятностей . На фиг. 2 приведена временная диаграмма работы элементов И блока 3. На этой диаграмме показаны п случайных импульсных потоков, поступающих от блока 1 ввода потоков- случайных импульсов, и п управляющих сигналов, поступаюгдах от блока 2 задания длительностей случайных испытани на управляющие входы элементов И бло ка 3. При наличии разрешающего сигнала от схемы 7 блокировки проводится слу чайное испытание, заключающееся в по даче п разрешающих сигналов на элементы И блока 3 и вопределении номера того элемента И, через который прошел первый импульс в данном случа ном испытании. При построении предла гаемого генератора .нестационарных по токов случайных событий с цифровым управлением используется то обстоятельство, что вероятность поступления первьм сигнала i-го потока случайных импульсов на соответствующий элемент И блока 3 при проведении случайных испытаний зависит от соотношения длительностей управляющих сигналов, поступающих от блока 2 задания длительностей случайных испыта ний на управляющие входы элемента И блока 3. Случайное испытание можно интерпретировать как процесс бросания в случайный момент времени tg точки одновременно на п независимых случайных импульсных потоков, временные интервалы между соседними импульсапи в которых имеют, плотности распред ления вероятностей f (V)/, f(V) , .. . у V Моменту to соответствует начало совместного воздействия на блок 3 элементов И разрешающего,сигнала от бло ка 7 блокировки и управляющих сигналов от блока 2 задания длительности случайных испытаний. Ввроятн.ость появления первьм после момента t. импульса К-го потока определяется выражением f где Tj|, - длительность К-го разрешающего сигнала; & длительность интервала времени между моментом t и моментом прихода первого импульса;ЧцСб) плотность распре деления вероятностей интервала О для потока с номером К) Рк(в))а9 функция распределения вероятности интервала ддля потока с номером К, WY .(v)dV - математическое О . ожидание длительности интервала ц между соседними сигналами в потоке с номером К. Используя выражение (1), можно для пуассоновских потоков с интенсивностью X получить рекуррентную формулу для расчета TV, исходя из вектора вероятностей {Р , Р упорядоченного по возрастаний v «и ) -CwnXPufp причем То О; Р Расчет ЛК; проводится последовательно, начиная с ТТ., и кончаяТ,. Этот расчет совместно с расчетом вероятностей для заданной функции распределения,вероятностей целесообразно проводить с помощью ЭЮ1, на которую также возлагается пересчет интервалов Т- в управляющие коды по формуле Ч Т де К- - величина управляющего кода в десятичной системе счисленияJ Т - период следования сигналов .генератора 11 импульсов. Таким образом, в предлагаемом геераторе обеспечивается возможность рограммного управления видом воспрозводимой функции распределения веоятностей и ее числовыми характерисиками, а также формирование нестаионарных потоков случайных событий. В предлагаемом устройстве реализуется цифровой метод управления видом воспроизводимой функции распреде ления аероятностёй и ее чис/(овыми характеристиками,.позволяющий повысить точирсть воспроизведения требуемой функции распределения вероятностей, осуществлять оперативную перестройку с одной функции распределения на другую, использовать данное устройство в комплексе с ЭВМ. Предлагаемое устройство содержит только один датчик первичных потоков слу чайиых raeiyjibcoB (ДПСИ), причем интенсивность его может быть постоянной; увеличение точности воспроизведения заданной функции распределения вероятностей зё1 счет увёличения числа интервалов квантования не влечет за собой увеличения Числа ДПС Это обстоятельство определяет технологичность предлагаемого устройства, простоту его наладки. Использование предлагаемого устройства в комплексе с ЭШ или другим источником управляюсдих кодов позволяет формировать нестационарные потоки случайных импульсов . Формула изобретения . . Управляемый генератор потоков случайных по авт. св. П 344431, отличаюцийс я тем, что, с целью повышения точности, блок задания длительностч испытаний содержит генератор импульсов, счетчик, группу регистров памяти и группу схем сравне ния, выходы которых являются.выходом блока, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с первыми группсши входов схем сравнения группы соответственно, вторые группы входов которых соединены с выходгши соответствующих регистров памяти группы, входы .которвлх образуют информационный вход бглока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 344431, кл. G Об F 7/58, 1970 (прототип).

бблод

От ffH,eiffffeeo uct

ffa t/npao/r foiff/x /fi

ITi

Qt