SU966692A1 - Генератор многомерных случайных величин - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при решении задач моделировани  систем с учетом случайных внешних возмущающих факторов и случайных отклонений параметров объ . ектов, а при создании стохастических вычислительных машин и многоканальных датчиков случайных сиг--. налов.

Известны устройства формировани  многомерных случайных величин с заданными статистическими характеристиками .

Одно из известных-устройств формировани  многомерных случайных сигналов с заданной матрицей спектральнь1х плотностей содержит источники исходного случайного сигнала, блок формирующих фильтров и блок сумматоров 1 .

Однако это устройство ,не позвол ет формировать многомерные случайные величины с. заданным многомерным законом распределени  веро тностей. Кроме этого, Нсшичие 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, клйч, амплитудный селектор, блок пам ти, матричный переключатель, многофазный мультивибратор, регистр сдвига импульсов , делитель частоты и блок

10 управлени  2.

однако это устройство формирует . только независимые случайные числа и не обеспечивает моделирование многомерных случайных величин с произ15 вольным заданным многомерным законом распределени  веро тностей.

Известно также устройство дл  веро тностногр моделировани , содер20 жащее генератор равномерно распределенных случайных чисел, -регистр адреса, блок пам ти, регистр числа, регистр маски, блок сравнени  и блок управлени  СЗ.

25

Указанное устройство не позвол ет формировать многомерные случайные .величины с произвольным заданным многомерным законом распределени  веро тностей, так как по заложенным 30 принципам работы ц структурной органиэации оно ориентировано на формир вание одномерныхслучайных величин. Наиболее близким к предлагаемому изобретению  вл етс  генератор много мерных случайных величин, содержащи генератор тактовых импульсов, первы и второй элементы задержки, триггер первый и второй элементы И, генерат равномерно распределенных случайных чисел, сумматор, блок пам ти, регис адреса, регистр сдвига Г4 . Недостатком данного устройства  вл етс  поразр дное формирование многомерной случайной величины, что значительно снижает быстродействие. Цель изобретени  - повышение быс тродействи  ча счет одновременного формировани  нескольких разр дов многомерной случайной величины. Поставленна  цель достигаетс  тем что известный генератор многомерных случайных величин, содержащий генератор тактовых импульсов, сумматор, блок пам ти, генератор равномерно распределенных случайных чисел, элемент задержки, регистр сдвига, регистр адреса, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом элемента задержки и входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, вход Пуск генаратора тактовых импульсов,  вл ющийс  входом генератора, соединен с информационным входом регистра сдвиг выход элемента задержки подключен к тактовому входу регистра сдвига, выходы всех разр дов которого-, кроме последнего, соединены с соответствую щими разр дными входами регистра адреса и  вл ютс  группой выходов генератора , а выход последнего разр да регистра сдвига соединен со входом Стоп генератора тактовых импульсов , введены шифратор, группа сумматоров и группа блоков пам ти, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к первым входам блоков пам ти группы, вторые входы которых соединены с выходом регистра адреса, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соединен с первыми входами сумматоров группы, вторые входы которых соединены с выходами блоков пам ти группы соответственно, третьи входы сумматоров группы соединены с выходом элемента задержки, выходы сумматоров группы подключены к соответствующим входам шифратора, выходы которого соединены с соответствующими разр дными входами регистра сдвига . На фиг.1 приведена блок-схема генератора ; на фиг.2 - блок схема шифратора . Генератор содержит генератор 1 тактовых иМпульсов, шифратор 2, генератор 3 равномерно распределенных случайных чисел, группу 4 сумматоров , группу 5 блоков пам ти, регистр 6 сдвига, регистр 7 адреса, элемент 8 задержки. Вход генератора соединен с первым входом генератора 1 тактовых импульсов и первым Входом регистра 6 сдвига , выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с входом генератора 3 равномерно распределённых случайных чисел, ВХОД9М элемента 8 задержки и первыми входами группы 5 блоков пам ти, выходы группы 4 сумматоров подключены к входам шифратора 2, выходы шифратора 2 соединены с третьим входом регистра 6, выходы которого ,  вл ющиес  выходами генератора, подключены к входу регистра 7 адреса, выход которого соединен с вторыми входами группы 5 блоков пам ти, выходы группы 5 блоков пам ти соединены с вторыми входами группы 4 сумматоров , первые входы группы 4 сумматоров соединены с выходом генератора 3 равномерно распределенных случайных чисел, третьи входы группы 4 сумматоров соединены с вь1ходом элемента 8задержки и вторым входом регистра 6 сдвига, (Ы+1)-й выход регистра 6 соединен со вторым входом генератора 1 тактовых импульсов. Шифратор (фиг.2) содержит группу 9элементов ИЛИ-НЕ и группу 10 элементов И, причем 1-ый вход шифратора С1 измен етс  от 1 до 2-1, где k -количество одновременно формируемых разр дов) соединен со входами группы 9 элементов ИЛИ-НЕ, начина  с L-ro (в пор дке возрастани  номеров элементов) элемента, входы группы 10. элементов И соединены с выходами груп- пы 9 элементов ИЛН-НЕ, причем входы . 1-го элемента (i измен етс  от 1 до k) группы 10 элементов И соединены с выходами j-ых элементов (j 2п + т; п 0,2 --1; m 1,2) группы 9 элементов ИЛИ-НЕ. Выходы группы 10 элементов И  вл ютс  выходами шифратора . Генератор многомерных случайных величин работает следующим образом. Дл  формировани  значени  многомерной случайной величины X {х,Х2, . . . ,X;j,, .. . ,Xf, на вход устройства подаетс  сигнал Пуск. Этот сигнал поступает на первый вход генератора 1 тактовых импульсов и первый вход регистра 6. Под воздействием этого сигнала генератор 1 тактовых импуЛьсов начинает вырабатывать последовательность тактовых импульсов, а в регистр 6 записываетс  код 000..01 (единица в младшем разр де). ИмпуЛьс, сформированный генератором 1 тактовых импульсов, проходит на вход элемента В задержки, вход генератора 3 равномерно распределенных случайных чисел, первые входы

группы 5 блоков пам ти. Генератор 3 равномерно распределенных случайных чисел вырабатывает значение случайного числа, равномерно распределенного на интервале (0;1). При поступлении импульса на первые входы группы 5 блоков пам ти производитс  считывание информации Из  чеек, адрес которых хранитс  в регистре 7 адреса. Регистр 7 адреса соединен с мпадшими N ра.зр Дами регистра 6 числа , и информаци , хран ща с  в регистре 6, переписываетс  в регистр

7адресаi Таким образом, при поступлении первого тактового импульса производитс  считывание информации из  чеек группы блоков пам ти с адресом 000....01. в группе .блЬКов пам ти хран тс  данные о многомерных функци х распределени  веро тностей записанные в виде отрицательных чисел в обратном коде. С выходов генератора 3 равномерно распределенных чисел и группы 5 блоков пам ти числа поступают на первые и вторые входы группы 4 сумматоров соответственно . По окончании интервала времени, задаваемого элементом 8 задержки, тактовый импульс поступает на третьи входы группы 4 сумматоров, разража  выполнение операции сложени  чисел, поступающих на первые и вторые входы группы 4 сумматоров:.Кроме того, с выхода элемента 8 задержки тактовый импульс поступает на второй вход регистра 6, в результате чего выполн етс  сдвиг числа в сторону старших разр дов.

При сложении.чисел, поступивших на входы группы 4 сумматоров, выполн етс  сравнение равномерно распределенного случайного числа с кодами веро тностей, считанными из группы 5 блоков пам ти. Так как коды веро тностей условных распределений хран тс  в группе 5 блоков пам ти в обратном поле, то на шифратора поступает код вида 111. ..100.. .00...

8этом коде информативным  вл етс , разр д, в котором сформированный первый (начина  с младших разр дов) нулевой сигнал. Группа 9 элементов ИЛИ-НЕ, вход щих в состав шифратора 2, выдел ет этот сигнал и пропускае его на входы группы 10 элементов И инверсными входами. Входы группы 10 элементов и соединены с выходами. группы 9 элементов. ИЛИ-НЕ таким образом , что входы i-ro элемента

(i l,k) группы элементов И соедиXj 00) .jy-;

Р(Х 00

Р(х 01 Xj 00) :

р(х-, 10, х 00)- ;

нены с выходами j-ых элементов .

(j 2.п4-т; п 0, -1; m 1;2-) группы элементов ИЛИ-НЕ, т.е. с помощью группы Юэлементов И реализована функци  вида :

jk-i;H . .m

где ft - выход i-ro элемента группы

0

элементов И; d-j - выход j-ro элемента группы элементов ИЛИ-НЕ.

Таким образом, на выходе шифратора вырабатываетс  код, определ ющий

5 1с разр дов многомерной случайной величины . Данный код поступает на третий вход регистра 6 и записываетс  в освободившиес  в резул.ьтате сдвига младшие разр ды регистра 6.

Каждый из последую1191х k разр дов составл ющих Многомерной случайной величины X формируютс  аналогично с использованием одного тактового импульса , вырабатываемого генератором

5 1 тактовых импульсгв.

По окончании формировани  значени  многомерной случайной величины после выработки N r/k тактовых импульсов , где г - разр дность составл ю0 щих многомерной случайной величины в старшем разр де ((Ы+1)-ый выход) регистра 6 хранитс  единица, перемещенна  сдвигающими импульсами из младшего разр да регистра 6. Единичный сигнал, с (N--l)-rp выхода регис5 тра 6 поступает на второй вход генератора 1 тактовых импульсов и. прекращает формирование тактовых .импульсов . При этом на N-r младших выходах регистра 6 наход тс  значени  состав0 л ющих многомерной случайной величины X Х1,Х2,...Хм}.,. .

Дл  формировани  следующей реализации многомерной случайной величины необходимо подать сигнал Пуск

5 на вход генератора, после чего цикл формировани  повтор етс . Генератор может работать в автоматическом режиме при периодическом поступлении сигналов Пуск.

0

Пусть необходимо формировать дву мерную случайную величину X {X,Xj. значени  составл ющих которой задаютс  двухразр дными кодами, формиру  одновременно два разр да, т.е. одну

5 составл н аую. Многомерный закон рас- пределеНИН дл  случайной величины 5с {X-i, задан следую11№1м образом: ,

PCX-, 00, x-i 10) - ; Р(х 01, KI 10) :

3 72

р(х 10, х, 10)

Р(Х 11, X,

00)

Т2

р(х 00, х, 01) - ;

Р(Х 01, Х, 01)

тг

р(х 10, Xj 01) ;

Р(Х-1 . 11, Хл 01)

35 Значени  веро тностей попадани  многомерной случайной величины на соответствующие участки области возВ БП 1в БП P(Xj 00) , Р(Х2 01) &(Х OO/Xj 00) ; Р(Х Ol/X, 00) Р(Х, 00/х,01) ; ,/, Р(Х OO/X-i 10) ; Р(Х 01/X,j 10) р(х, - 00/х 11) ; pCXj 01/х Дл  удобства выполнени  операции сравнени  в группу 5 блоков пам ти записываютс  отрицательные значени  кодов веро тностей в обратном коде. Размещение Данных по  чейкам выгл дит следующим образом: Адрес Содержимое Содержимое Содержи БП1 ВП2 мое БП При подачи первого тактового импульса на первые входы .группы 5 блоков пам ти считываетс  содержимое  чеек с адресом 0001 и на вторые входы группы 6 сумматоров поступают коды 1.11011 1.01111 1.00011. Пусть генератор 3 равномерно распределенных случайных чисел по первому тактовому импульсу вырабатывает код 0,00011. При сложении кодов группой 6 суммато ров вырабатываютс  коды 1.01111 1.00011 1.11011 + . + O.OQ011 0.00011 0.00011 оТ.looid 01.00110 01.11110 Группа 4 cywaторов выполн ет операцию сравн 1ин кодов веро тностей и

Claims (3)

1. Р(Х . 11, X, 100)31 можных случайных значений записываютс  в группу 5 блоков пам ти, следующим образом: 2 В БП 3 Р() - §|; ; ; Р(х Ю/К, 00) . р / . Р(Х Ю/Х 10) ; р(х lO/Xj 11) ; 1) кода равномерно распределенного случайного числа. Результат операции сравнени  (единицы переноса) поступает с выходов группы 4 сумматоров на входы шифратора 2. Так как единицы переноса из группы 4 сумматоров на вход шифратора 2 не поступают, то в младшие разр ды регистра б заноситс  код 00. При подаче второго тактового импульса в группе 5 блоков пам ти производитс  считывание содержимого  чеек с адресом 0100j на вторые входы группы 4 сумматоров поступают, коды 1.11110; 1.11101; 1.11100. При поступлении из генератора 3 равномерно распределенных случайных чисел кода 01010 в группе 4 сумматоров выполн етс  сложение . Д.1110 , 1.11101 1.11100 0.01010 0.01010 0.01010 15T61UOO la.ooiic) 10.00Т11 Единицы переноса из всех сумматоров группы 4 сумматоров вырабатывают на выходе шифратора 2 код 11, который заноситс  в младшие разр ды регистра 6 числа. По окончании второго тактового интервала в регистре 6 числа хранитс  код 1 ООН. Таким образом, сформировано значение многомерной случайной величины X х|, 11; Х 00 Предртагае1 1й генератор многомерных случайных величин реализуетс  с использованием интегральной элементной базы. Технико-экономическа  эффективность , предлагаемого изобретени  опре дел етс  тем, что оно обеспечивает по сравнению с существующими устройствами возможность формировани  слу .чайных внешних возмущений и случайных параметрических отклонений объек JTOB, характеристики которых описываютс  многомерными законами распределени  веро тностей, что особенно важно при моде пировании и испытани  х сложных технических систем; повышение производительности стохастичес ких вычислительных машин и многоканальных датчиков случайных чисел. Формула изобретени  Генератор многомерных случайных величин, содержащий генератор тактовых импульсов, сумматор, блок пам ти генератор равномерно распределенных случайных чисел, элемент задерж ки, регистр сдвига, регистр адреса, причем выход генератора тактовых им пульСов соединен с входом элемента задержки и входом генератора равномерно распределенных случайных чисел , вход Пуск генератора тактовы импульсов,  вл ющийс  входом генератора , соединен с информационным входом регистра сдвига, выход элемента задержки подключен к тактовому входу регистра сдвига, выходы вс разр дов которого,кроме последнего, соединены с соответствующими разр дными входами регистра адреса и  вл ютс  группой выходов генератора, а выход последнего разр да регистра сдвига соединен со входом Стоп генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  генератора, он содержит шифратор, группу сумматоров и группу блоков , причем выход генератора тактовых импульсов подключен к первым входам влоков пам ти группы, вторые входы которых соединены с выходом регистра адреса, выход генератора равномерно распреленных случайных чисел соединен с первыми. входа1ии сумматоров группы, вторые входы которых соединены с выходами блоков пам ти группы соответственно , третьи входы сумматоров группы соединены с выходом элемента задержки, выходы сумматоров группы подключены к соответствующим входам шифратора, выходы которого соединены с соответствующими разр дными входами регистра сдвига. 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.С 06 F 1/02, 1973.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 488212, кл.С 06 F 15/20, 1972. 4 Авторское свидетельство СССР по за вке № 2848620/18-24 , кл.С Об F 7/58, 1980 (прототип).