RU1777136C - Генератор случайных чисел - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  формировани  случайных чисел. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей генератора за счет формировани  чисел с отрицательным биномиальным распределением. Генератор содержит генератор тактовых импульсов, счетчики, блок вычислени  веро тностей, накапливающие сумматоры, регистр сдвига, блок вычислени  чисел с логарифмическим распределением, регистр, элемент ИЛИ, датчик случайных чисел с распределением Пуассона, блок сравнени , одновибратор, элементы задержки, дешифратор и датчик равномерно распределенных случайных чисел . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  формировани  случайных чисел с отрицательным биномиальным распределением.

Известен генератор случайных чисел, содержащий последовательно соединенные ГТИ, датчик чисел с равномерным распределением и сумматор, другой вход которого через регистр соединен с выходом датчика 1.

Недостатком устройства  вл ютс  относительно узкие функциональные возможности .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  генератор случайных чисел, содержащий два элемента задержки, первый счетчик, выход которого соединен с информационным входом регистра , выход которого  вл етс  выходом генератора , два элемента ИЛИ, одновибратор, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок логарифмировани , блок делени , блок выделени 

целой части, сумматор, накапливающий сумматор, схему сравнени , два ключа и третий элемент задержки, причем выход первого элемента ИЛИ соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом запуска датчика равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через первый блок логарифмировани  соединен с входом делимого блока делени , вход делител  которого  вл етс  входом задани  константы, выход блока делени  через блок выделени  целой части соединен с первым входом сумматора , второй вход которого  вл етс  входом единицы генератора, выход сумматора соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнени , второй вход которой  вл етс  входом задани  числа констант генератора, выход Больше схемы сравнени  соединен с информационным входом первого ключа, упу

Ё

V| VI V|

СО Os

равл ющий вход которого соединен с управл ющим входом второго ключа и соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с входом второго элемента задержки и счетным входом счетчика и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом второго ключа , информационный вход которого соединен с выходом Меньше или равно схемы сравнени , выход первого ключа соединен с входом записи регистра и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента задержки соединен с входом синхронизации накапливающего сумматора, вход обнулени  которого соединен с выходом первого ключа 2.

Недостатком устройства  вл ютс  относительно узкие функциональные возможности , обусловленные тем, что устройство позвол ет формировать числа с биномиальным распределением, но не позвол ет формировать числа с отрицательным биномиальным распределением.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей генератора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что, в генератор, содержащий элемент ИЛИ, первый счетчик, первый накапливающий сумматор, одновибратор, блок сравнени , регистр, выход которого  вл етс  выходом генератора, датчик равномерно распределенных случайных чисел и первый, второй и третий элементы задержки, при этом выход третьего элемента задержки соединен с первым.входом элемента ИЛИ, второй вход которого  вл етс  входом запуска генератора , введены ГТИ, вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а выход соединен с информационным входом первого счетчика и с входом первого элемента задержки , выход которого соединен с управл ющим входом первого накапливающего сумматора, дешифратор, выход которого соединен с входом второго элемента задержки и с входом опроса датчика равномерно распределенных случайных чисел, блок вычислени  веро тностей, вход которого соединен с входом дешифратора и с выходом первого счетчика, а выход соединен с информационным входом первого накапливающего сумматора, последовательно соединенные регистр сдвига, информационный вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора, блок вычислени  чисел с логарифмическим распределением , второй вход которого соединен с выходом датчика равномерно

распределенных случайных чисел, и второй накапливающий сумматор, выход которого соединен с информационным входом реги- стра.упрэвл ющий вход которого соединен с

входом третьего элемента задержки и с выходом одновибратора, датчик случайных чисел с распределением Пуассона, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с первым входом блока сравнени , выход которого соединен с входом одновибратора, последовательно соединенные четвертый элемент задержки, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход соединен с входами установки в ноль первого счетчика, первого накапливающего сумматора и регистра сдвига, и второй счетчик, вход установки в ноль которого соединен с выходом третьего элемента задержки, а выход - с

вторым входом блока сравнени , при этом управл ющий вход и вход установки в ноль второго накапливающего сумматора соединены соответственно с выходом второго элемента задержки и третьего элемента задержки .

Анализ научно-технической литературы показал, что указанна  совокупность существенных признаков до даты подачи за вки известна не была. Поэтому предложение  вл етс  новым.

Кроме того, цель изобретени  достигаетс  именно всей совокупностью вновь введенных признаков, котора  в предложенном виде в известных публикаци х не использовалась . Это подтверждает наличие существенных отличий.

На чертеже представлена электрическа  структурна  схема генератора случайных чисел.

Генератор случайных чисел содержит последовательно соединенные ГТИ 1, первый счетчик 2, блок 3 вычислени  веро тностей , первый накапливающий сумматор 4.

регистр 5 сдвига, блок б вычислени  чисел с логарифмическим распределением, второй накапливающий сумматор 7 и регистр 8. последовательно соединенные элемент ИЛИ 9, вход которого объединен с входом ГТИ 1.

датчик 10 случайных чисел с распределением Пуассона, блок 11 сравнени , одновибратор 12, выход которого соединен с управл ющим входом регистра 8, и третий элемент задержки 13, выход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ 9. последовательно соединённые дешифратор 14, вход которого соединен с выходом первого счетчика 2. и датчик 15 равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с другим входом блока б

последовательно соединенные второй элемент задержки 16, вход которого соединен с выходом дешифратора 14. четвертый элемент задержки 17, выход которого соединен с входами установки в ноль первого счетчика 2, первого накапливающего сумматора 4 и регистра 5 сдвига, и второй счетчик 18, вход установки в ноль которого соединен с входом установки в ноль второго накапливающего сумматора 7 и с выходом третьего элемента задержки 13. а выход - с другим входом блока 11 сравнени , а также первый элемент задержки 19, вход которого соединен с выходом ГТИ 1, а выход - с управл ющим входом первого накапливающего сумматора 4.

Блоки 3 и б выполнены в виде ПЗУ, работающих в режиме считывани . Информаци , достаточна  дл  их программировани , приведена ниже. Датчик 10 в частном случае может быть выполнен в виде последовательно соединенных циклического счетчика и ПЗУ с занесенной в него по соответствующим адресам таблицы чисел с пуассо- новским распределением. Программирование может быть проведено и по результатам реального моделировани . Остальные блоки  вл ютс  стандартными блоками вычислительной техники.

Генератор случайных чисел работает следующим образом.

В основу работы генератора положен известный способ формировани  случайных чисел с отрицательным биномиальным распределением, по которому формируют сумму чисел с логарифмическим распределением , количество которых  вл етс  случайным и подчин етс  распределению Пуассона (Справочник по теории веро тностей и математической статистики.- М.: Наука , 1985, с. 111).

Этот способ реализуетс  следующим образом.

По импульсу запуска, поступающему на вход ГТИ 1, последний запускаетс , что приводит к лотактному заполнению первого счетчика 2. При каждом изменении состо ни  первого счетчика 2 в блоке 3 вычисл ют (1 - Р)К с  веро тности Р(К) - j p - (где К - 1,

2... - текущее состо ние счетчика), которые накапливаютс  в первом накапливающем сумматоре 4. При этом каждое промежуточное значение суммы заноситс  последовательно в  чейки регистра 5 сдвига.

Таким образом, в  чейках регистра 5 занос тс  значени  функции логарифмического распределени  (там же, с. 115). Дешифратор 14 настроен на некоторое

предельное число значений функции логарифмического распределени . При срабатывании дешифратора 14 происходит очередной опрос датчика 15, который выраба- 5 тывает число г - возможное значение случайного числа с равномерным распределением. После малой задержки во втором элементе задержки на врем  срабатывани  датчика 15 сформированный сигнал Ј с выхода бло- 10 ка 6 поступает на вход второго накапливающего сумматора 7. Значение % формируетс  в блоке 6, выполненном в виде ПЗУ,

Полный набор значений функции распределени , сформированный к моменту 15 срабатывани  дешифратора 14, и сигнал с выхода датчика 15 образуют адресный код дл  блока 6. Все возможные сочетани  этих сигналов имеют соответствующее решение, соответствующее значению аргумента фун0 кции распределени , при котором она наиболее близка к величине г.

Это позвол ет запрограммировать блок б заранее и использовать его в виде датчика чисел с логарифмическим распределением,

5 сумма которых накапливаетс  во втором сумматоре-накопителе 7. После поступлени  во второй накапливающий сумматор 7 очередного случайного числа первый счетчик 2, первый накапливающий сумматор 4 и

0 регистр 5 обнул ютс , а описанные выше процессы по формированию случайных чисел с логарифмическим распределением повтор ютс .

Кроме того, каждое срабатывание де5 шифратора 14 фиксируетс  вторым счетчиком 18, состо ние которого сравниваетс  в блоке 11 сравнени  со случайным числом, имеющим распределение Пуассона, которое сформировано датчиком 10. При превы0 шении числа на выходе второго счетчика 18 числа на выходе датчика 10 срабатывает блок 11,8 результате чего одновибратор 12 вырабатывает импульс, по которому результирующий сигнал (очередное случайное чис5 ло с отрицательным биномиальным распределением) записываетс  в регистр 8, вновь происходит опрос датчика 10 и повторение описанных выше процессов.

Таким образом, благодар  введению

0 дополнительных блоков и св зей существенно расшир ютс  функциональные возможности устройства, поскольку оно позвол ет формировать случайные числа с отрицательным биномиальным распределе5 нием.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Генератор случайных чисел, содержащий первый счетчик, первый накапливающий сумматор, три элемента задержки.

   одновибратор. блок сравнени , регистр, датчик равномерно распределенных случайных чисел и элемент ИЛИ, первый вход которого  вл етс  входом запуска генератора , выходом которого  вл етс  выход регистра , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет формировани  чисел с отрицательным биномиальным распределением, в него введены узел вычислени  веро тности, выполненный в виде первого блока посто нной пам ти, второй накапливающий сумматор , узел формировани  чисел с логарифмическим распределением, выполненный в виде второго блока посто нной пам ти, регистр сдвига, четвертый элемент задержки, датчик случайных чисел с распределением Пуассона, второй счетчик, дешифратор и генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с входом запуска генератора, а выход подключен к информационному входу первого счетчика и через первый элемент задержки - к тактовому входу первого накапливающего сумматора, выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига, выход которого соединен с первым адресным входом второго блока посто нной пам ти , выход которого подключен к информационному входу второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход элемента ИЛИ подключен к входу запуска датчика случайных чисел с распределением Пуассона, выход которого соединен с первым входом блока сравнени , выход Больше которого через одновибратор подключен к входу синхронизации регистра и через второй элемент задержки - к второму входу элемента ИЛИ и к обнул ющим входам второго накапливающего сумматора и второго счетчика, выход которого подключен к второму входу блока сравнени , выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока посто нной пам ти и с входом дешифратора, выход которого подключен к входу запуска датчика равномерно распределенных случайных чисел и через третий элемент задержки - к входу синхронизации второго накапливающего сумматора и к входу четвертого элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика и с входами обнулени  регистра сдвига, первого счетчика и первого

   накапливающего сумматора, информационный вход которого подключен к выходу первого блока посто нной пам ти, выход датчика равномерно распределенных слу; чайных чисел подключен к второму адресному входу второго блока посто нной пам ти.