SU857978A1 - Имитатор многомерных случайных величин - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при моде лировании систем с учетом случайных внешних возмущающих факторов и случайных парометрических откж нений объектов, при создании стохастических вычислительных машин и много- 5 канальных датчиков случайных сигналов.

Известно устройство формировани  многомерных случайных сигналов с заданной матрицей спектральных плотностей, содержащее N источников исходного случайного сигнала, блок формирующих фильтров и блок сумматоров (11.

Однако это устройство не позвол ет формировать многомерные случайные величины с заданным многомерным законом распределени  веро тностей. Кроме того, наличие большого количества источников исходного случайного сигнала усложн ет аппаратурную реализацию устройства и ухудшает стабильность его характеристик.

Известен также многоканальный генератор случайных чисел, который содержит первичный источник случайных импульсов, блок формировани  импульсов, фильтр низких частот, ключ, амплитудный селектор, блоки пам ти, матричный;

переключатель, многофазный мультивибратор, регистр сдвига импульсов, делитель частоть и блок управлени  2.

Однако это устройство формирует только независимые случайные числа и не обеспечивает моделирование многомерных случайных величин с произволькьЕМ заданным многомерньп законом распределени  веро тностей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению  вл етс  устройство дл  веро тностного моделировани , содержащее генератор равномерно распределенных случайных чисел, регистр адреса, блок пам ти, регистр числа, регистр маски, блок сравнени  и блок управлени  13.

Claims (3)

1. Недостатком этого устройства  вл етс  то, что оно не позвол ет формировать многомерные случайные величины с произвольным заданным многомерным законом распределени  веро тностей , так как по .заложенным принципам работы и структурной организации оно ориентировано на формирование одномерных случайных велнчин . При построении устройства использованы сложные схемотехнические решени , что снижает его эффективность. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет воспроизведени  произвольных заданных многомерных законов распределени  веро тностей и упрощение устройства Указанна  цель достигаетс  тем, что имитатор многомерных случайных величин дополнительно содержит генератор тактовых импульсов, первый и второй элементь задержки, первый и второй элементы И, триггер и сумматор, причем вход устройства соединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и регистра числа, а также с установочным входом триггера, выход генератора тактов 1х импульсов подключен к входу первого элемента задержки, а также к первым входам элементов И, выход первого элемента задержки соединен с счетным входом триггера, первый выход триггера подключен к второму входу первого элемента И, а второй выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока пам ти, а также к входам генератора равномерно распределенных случайных чисел и второго элемента задержки , выход которого соединен с вторым входом регистра числа и с первым входом сум матора, выход которого подключен к третьему входу первого элемента И, выход первого элемента И соединен с третьим входом регистра числа, N выходов которого  вл ютс  выходами устройства и подключены к входу регистра адреса , а (М+1)-й выход регистра числа соеданен с вторым входом генератора тактовых импульсов , выход генератора равномерно распределенных случайных чисел подключен к второму вхо ду сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока пам ти. На чертеже представлена блок-схема имитатора . Имитатор содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый элемент 2 задержки, триггер 3, первый элемент И 4, второй элемент И генератор 6 равномерно распределенных случайных чисел, сумматор 7, регистр 8 числа, второй элемент 9 задержки, блок 10 пам ти и регистр 11 адреса. Выход регистра 11 адреса соединен с первы входом блока 10 пам ти. Вход устройства соединен с первыми входами генератора 1 тактовы импульсов и регистра 8 числа, а также с устан вочным входом триггера 3. Выход генератора 1 тактовых импульсов подключен к входу первог элемента 2 задержки, а также к первым входам элементов И. Выход первого элемента 2 .задержки соединен со счетным входом триггера 3. Первый выход триггера 3 подключен к втор му входу первого элемента И 4, второй выход триггера 3 соединен с вторым входом второго элемента И 5, выход которого подключен к в рому входу блока 10 пам ти, а также к входам генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел и второго элемента 9 задержки. Выход второго элемента 9 задержки соединен с вторым входом регистра 8 числа и с первым входом сумматора 7, выход которого пощслючен к третьему входу первого элемента 4 И. Выход первого элемента 4 И соединен с третьим входом регистра 8 числа, N выходов которого,  вл ющиес  выходами устройства, подключены к входу регистра 11 адреса, (N+1)-и выход регистра 8 числа соединен с вторым входом генератора 1 тактовых импульсов. Выход генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел подключен к второму входу сумматора 7, третий вход которого соединен с выходом блока 10 пам -. ти. Имитатор многомерных случайных величин работает следующим образом. Дл  формировани  значени  многомерной случайной величины .i + Хп , на вход устройства подаетс  сигнал Пуск. Сигнал поступает на первый вход генератора 1 тактовых импульсов, а также на установочный вход триггера 3 и первый вход регистра 8 числа. Под воздействием сигнала Пуск генератор 1 тактовых импульсов начинает вырабатмвать последовательность тактовых импульсов, триггер 3 переходит в нулевое состо ние, и на его втором выходе вырабатьшаетс  разрешающий уровень, поступающий на второй вход второго элемента 5 И, а в регистре 8 числа устанавливаетс  код 000...01 (единица в нулевом разр де). Импульс, сформированный генератором 1 тактовых импульсов, проХ(Дит на выход второго элемента 5 И и воздействует на вход генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел, на второй вход блока 10 памйти и на вход второго элемента 9 задержки. Генератор 6 равномерно распределенных случайных чисел вырабатывает значение случайного числа, равномерно распределенного на интервале (0,1)При поступлении импульса на второй вход блока 10 пам ти производитс  считывание информации из  чейки, адрес которой находитс  в регистре 11 адреса. Регистр 11 адреса соединен с младщими k N разр дами регистра 8 числа (установочные входас триггеров подключены к выходам регистра 8 числа) и информаци , хра1«ща с  в регистре 8 числа, повтор етс  в регистре 11 адреса. Таким образом, при поступлении первого тактового импульса производитс  считывание информации из  чейки блока 10 пам ти с адресом 00...01. В блоке 10 пам ти хран тс  данные о многомерной функции плотности распределени  веро тностей f(x, х.., х записанные в виде отрицательных чисел в обратном коде. с выходов генератора 6 равномерно распр ленных случайных чисел и блока 10 пам ти числа импульсы поступают на второй и третий входы сумматора 7. По окончанию интервала времени, задаваемого вторым элементом 9 задержки , тактовый импульс поступает на первы вход.сумматора 7, разреша  выполнение опер ции сложени  чисел, поступивших на второй и третий входы сумматора 7. Кроме того, с в хода второго элемента 9 задержки импульсы поступают на второй вход регистра 8 числа, в результате чего выполн етс  сдвиг числа в регистре 8 на один разр д влево (получаетс  код 000-010). При сложении чисел, поступивших на входы сумматора 7, на его выходе вырабатьшаетс  сигнал переноса из знакового разр да (О или 1). Этот сигнал пост ттает на третий вход первого элемента 4 И, Первый тактовый импульс, выработанный генератором I такювых импульсов, спуст  интервал времени, задаваемый первым элементом 2 задержки, поступает  а счетный вход триггера 3 к nepeeojwT его в единичное состо ние . При этом с первого выхода триггера 3 разрешающий сигнал передаетс  ка второй вход первого элемента 4 И. Второй тактовый импульс, выработанньлй генератором 1 тактовьк импульсов, в зависимости от сигнала, присутствующего на третьем входе первого элемента 4 И, может пройти на третий вход регистра 8 числа. Если на третий вход первого элемента 4 И с выхода сумматора 7 поступил единичный сигнал, вторым тактовым импульсом в младший разр д регистра 8 Числа заноситс  единица, если же на третьем входе первого элемента 4 И присутствует нулевой сигнал, в младшем разр де регистра 8 числа сохран етс  нулевой код. По оконтании интервала времени, задаваемого первым элементом 2 задержки, второй тактовый импульс поступает на счетный вход триггера 7 и переводит его в нулевое состо ни На этом заканчиваетс  формирование старшего разр да N-ой составл ющей многомерной случай ной величины х. Каждый из последующих разр дов составл ющих многомерной случайной величины х формируетс  аналогично с использованием двухтактовых импульсов, вырабатываемых генератором 1. Общее количество тактовых импульсов, кото рое затрачиваетс  на формирование N-мерной случайной величины с k-разр дными составл ющими , равно 2k- N. По окончании формировани  значени  много мерной случайной величины (после выработки 2k-N тактовых импульсов) в старшем, разр де (N+l)-bm выход) регистра 8 числа оказываетс  единица, перемещени  сдвигающими импульсами 786 из младшего разр да регистра 8 числа. Единичный сигнал с (N+l)-ro выхода регистра 8 числа поступает на второй вход генератора 1 тактовыл импульсов и запрещает формирование тактовых импульсов. При этом на N выходах регистра 8 , числа находитс  значение составл ющих многомерной случайной величины {х.,, хЛ. Дл  формировани  следующей реализации многомерной случайной величины необходимо подать сигнал Пуск на вход устройства, после чего цикл формировани  повтор етс . Имитатор может работать в. автоматическом режиме при периодическом поступлении сигналов Пуск. Пусть необходимо формировать двумерную случайную величину х , x/jj , значени  составл ющих которой задаютс  двухразр дными кодами. . Многомерный закон распределени  дл  х задаетс  следующим образом: Р(х,00, )-: J Р(х,.,о, х,0,1) 3 . Р(х-,0,1; х,00).; Р(х,11, х,0,1).|; Р(х,10; ); Р(х,00, ):., Р(. ); Р(х,0,1;х,,10);а; Р{х,.00; х;,0,1),; Р(х,.1,; х,)-, Р(х.0,,1)-, Р(х, 1,; х,Ш)4 Р( Х,11),; р(х,.10; Х,11) А.; Р(х,0,1;х,11); Р(х, 11; х, 11)-. в имитаторе многомерных случайных велиин используетс  метод последовательного формиованк  разр дов составл ющих многомерной величины, при этом последовательно ужаетс  область возможных значений до тех ор, пока не будет определена единственна  точка координатами (х,, х,..., х„). Дл  реализащш данного метода в блок 10 ам ти записываютс  значени  веро тностей опадани  многомерной случайной величины на оответствующие участки области возможных начений. Дл  удобства выполнени  последующих перагдай в блок 10 пам ти записываютс  инерсные кодь веро тностей. Размещение данных по  чейкам вьп-л дит ледующим образом: АдресСодержимое 00011.01111 (-Р(хг 10))обР 00101.10111 (.P(xj 00/Xj 10))g5p ООП1.00111 (.Р(х, - 10/х, х 10))в5р 01001.01111 (.Р(х, 10/Xj 00))обр 01011.01111 (.Р(х, 10/Хз 01))о5Р ОНО1.01111 (-P(xi 10/xi 10))о501111 .01111 - (-Р(х, 10/Х2 11))ов 785797 1.01111 -(-P(x, 00/Xa-OO, .))обр 1.01111-{-P(x 10/xa 00,xi,10))o6p 1.01111-(-Р(х, 00/х.,))обр 1.01111- (-P (x 10/хг 0,1, xj,10) )o5p 5 1.01111-(-P(,, x 10))offp 1.01111-{-P(x4-10/Xg, lO, ))о5р 1.01111- (-P (,ll,))a5p 1.0Mlf-(-P(x-,10/x,, ))ogp g При подаче первого тактового импупьса на второй вход блока 10 пам ти считываетс  содержимое  чейки с адресом 0001 и Иа третий вход сумматора 7 поступает код 1.01111. Пусть генератор 6 { авномерно распределенных случайных чисел по первому тактовому импульсу выработал код 11010. При сложении кодов сумматором 7 получаетс  код 1.01111 + 0.11010 «-jjO.OlOOl Таким образом, сумматор 7 выполн ет операцию сравнени  кода веро тности и кода равн мерно распределенного случайного числа. Единица переноса из знакового разр да запи сываетс  вторым тактовым импульсом в младший разр д регистра 8 числа. При подаче треть го тактового импульса в блоке 10 пам ти считываетс  содержшйое  чейки с адресом ООП, н третий вход сумматора 7 поступает код 1.00111 При поступлении на генератор 6 равномерно распределенных случайных чисел кода 01110 в сумматоре 7 выполн етс  сложение Л.00111 o. .10101 По окончании четвертого тактового интервала в регистре 8 числа находитс  код 00110. При выработке последующих тактовых импульсов в сумматоре 7 выполн ютс  следующие сложени : 5-й тактовый импульс J JOJMQIQL -0,Ы0001 7-й тактовый импульс J MSLU- §1 .10110 По окончании 8-го тактового интервала в р гистре 8 числа находитс  код 1.1000. Таким образом, сформировано значение многомерной .случайной величины х {х 00, х 10 . Подготовка данных о многомерной функщ плотности распределени  веро тностей, которы хран тс  в блоке 10 пам ти, выполн етс  либ вручную (при небольших значени х N и раз8 р дностей k составл ющих многомерной случайной величины), либо с использованием ЭВМ. Предлагаемый имкгатор многомерных случайных величин реализуетс  с использоваиием интегральной элементной базы. Технико-экономическа  эффективность изобретени  определ етс  тем, что оно обеспечивазт по сравнению с известными устройствами воэможность формировани  случайных внешних озмущении и случайных параметрических отлонений объектов, характеристики которых письтаютс  многомерными законами распредеени  веро тностей, что особенно важно при оделировании и испытани х сложных техничесих систем; упрощение аппаратурной реализации оделирующих устройств при сохранении таких оказателей как быстродействие и точность; овышение производительности стохастических . ычислительных машин и многоканальных датиков случайных чисел. Формула изобретени  Имитатор многомерных случайных величин, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, регистр адреса, выход которого соединен с первым входом блока пам ти , и регистр числа, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет воспроизведени  произвольных заданных многомерных законов распределени  веро тностей и упрощени  устройства, он дополнительно содержит генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы задержки , первый и второй элементы И, триггер и сумматор, причем вход имитатора соединен с первыми входами генератора тактовых импульсов и регистра числа, а также с установочным входом триггера, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу первого элемента задержки и к первь М входам элементов И, выход первого элемента задержки соединен с счет- а второй выход триггера соединен с вторым подключен к второму входу первого элемента а второй выход триггера соедашен с вторь входом второго элемента И, выход которого подалючен к второму входу блока пам ти, к входам генератора равномерно распределенных случайных чисел и второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом регистра числа и с первым входом сумматора, выход которого покдлючен к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с третьим входом регистра числа, N выходов которого  вл ютс  выходами имитатора и подключены ко входу регистра адреса, а (N+l)-й выход регистра числа соединен со втфым входом генератора тактовых импульсов, выход генератора равномерно распределенных случайны чисел подключен к второму входу сумматора, третий вход которого соединен с выходом блока пам ти. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов. М., Энерги , 1971 , с. 112.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 534775, кл. G 07 С 15/00, 1976.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 488212, кл. G 06 F 15/20, 1974 (прототип).