Генератор потоков случайных событий

О П И С А Н И Е (,970360ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М.К . 6 06 Г 7/58 Гесударствекный кемитет Опубликовано 30.10.82. Бюллетень40Дата опубликования описания 05.11.82йо делам кэебретеннй и открытий(54) ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ(Л 1,)РЯ - , е 1 о 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 11.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 шумового 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 Рщ ( ь ), численные значения которых определяются следующим образом где Л интенсивность пуассоновскогопотока,временная выдержка ки пп- реле.15 Однако существующая в данном случаепрямая (непосредственная) зависимость вероятностных констант (1) от параметраявляется основной причиной невысокойточности работы известного генератора, пос 2 окольку именно стабилизация интенсивности Л представляет наибольшую трудность в техническом отношении.Цель изобретения - повышение точности воспроизведения требуемого закона распределения вероятностей событий за счетформирования вероятностных констант, собственные значения которых не зависят от параметра А .Для достижения поставленной цели в известный 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 дешифратора, 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, 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 управляюшим входом регистра памяти и со входом первого элемента задержки, выход которого соединен с управляюшим 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 Х, 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 Х потока импульсов, подлежащих счету, Благодаря этому устраняется влияние флюктуаций параметра Л на собственные значения формируемых вероятностных констант,На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - наборы вероятностных констант Р и (К), используемые в генераторе, при различных коэффициентах деления (К+1), К=О, 1, 2 частоты следования импульсов задержанного потока.Генератор содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, последователь Б 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 но 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 З,.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 Тз, при которой обеспечивается статистическая независимость моментов появления импульсов потока Эрланга К-го порядка, формируемого с помощью делителя 3 частоты, от потока импульсов, поступающих на вход счетчика 4.Счетчик 4 фиксирует количество случайных импульсов прямого потока, появившихся на случайных интервалах задержанного и регулярно просеянного потока. Каждый импульс выходного потока делителя 3 выполняет следующую последовательность операций: возвращает опрокинутый в предыдушем 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 задержеких величины определяются временем, необходимым для того, чтобы в регистре 8 и дешифраторе 5 закончились переходные процессы.В соответствии с состоянием счетчика 4в момент опроса дешифратора 5 на определенном его выходе появляется импульс, который через ключи, установленные на коммутаторе 6, и блок элементов ИЛИ поступает на установочный ввход соответствующего триггера 8 регистра. Время пребывания каждого триггера в состоянии 1 суть время, в течение которого соответств ющий данному триггеру элемент И блока 9 находится в открытом состоянии. Относительная продолжительность времени или вероятность пребывания 1-го элемента И блока 9 в открытом состоянии равна нормированной интенсивности Л 1/Л импульсов, переводящих 1-й триггер в состояние 1,Нормированные значения интенсивностей Л;/Л в соответствии с требуемым законом распределения вероятностей составляются путем логического суммирования вероятностных констант Рп, (К), отображаюших вероятностные состояния счетчика 4 в моменты опроса дешифратора 5.Определим вероятности Рп (К). Временной интервал , на котором производится подсчет импульсов, распределен по закону Эрланга К-го порядка8 (т)=е " к=012тола (2)Вероятности Ртп (К) находятся как результат осреднения вероятностей Ртп (т.), определяемых выражением (1), по всем возможным значениям Т(Лт) .лт. д(лт) лт.Рд,(К)=/ " Е " е "ЮТ=о тп К 1О, гп =0,1,2, К = 0,1,2Таким образом, значения вероятностных констант Ртп (К), формируемых в предложенном генераторе, практически не зависят от параметра Л. генератора 1. Благодаря этому в предложенном генераторе обеспечивается высокая точность (стабильность во времени) воспроизводимых законов распределения случайных событий.Поскольку вероятности возбуждения каждого из гп 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, поступающих в счетчик 4, от импульсов на выходе делителя 3 частоты необходима линия временной задержки величиной т = (4 - 5) - "Л 1 - , В этом случае вероятность Р рхотя бы частичного перекрытия одних и тех же (при К =О) или зависимых (при К) 0) временных интервалов прямого и задержанного потоков импульсов составляет величину достаточно малого порядкаКР =/ 6 Йь 0,006,3При Л = 10 стребуемая величина задержки Тз -- (К+1) 50 мкс может быть получена с помощью современных аналоговых линий задержки. В ряде других случаев, в том числе и при 11 ( 10 с , 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 Рпп (К) путем установки коэффициента (К+1), К = 0,1,2 делителя 3. Затем путем объединения и (или) перенумерации выходов дешифратора 5 устанавливают численное соответствие между синтезируемымФормула изобретения 35 Генератор потоков случайных событий, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствуюгцими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через последовательно соединенные коммутатор и блок элементов ИЛИ соединены с разрядным и входами регистра памяти соответственно, разрядные выходы которого соединены с с 1- ответствуюшими информационными входа ми блока элементов И, управляющий вход которого является входом Опрос генератора.а выходы блока элементов И образуют группу выходов генератора, отличаюи 1 ийгя т и. что, с целью повышения точности. он сидор.жит линию задержки, делитель частоты и 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 и с входом первого элемента задержки, выход 40 45 50 55 и требуемым дискретными законами распределения вероятностей.Предложенный генератор характеризуется высокими по качеству рабочими характеристиками (точностью, стабильностью, 5 быстродействием) прежде всего потому, чтов нем для формирования вероятностных констант используются так называемые модельные свойства пуассоновского потока, более устойчивые во времени, нежели 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 15 процесса и определяет быстродействие генератора при формировании независимых событий.Генератор может быть использован приразработке широкого класса вероятностных устройств, а именно датчиков случайных 20 чисел, вероятностных коммутаторов, вероятностных автоматов и вычислительных машин, устройств случайного поиска и управления, различных адаптивных систем обработки информации и моделирования.Результаты лабораторных испытаниймакета предложенного генератора подтвердили его работоспособность, техническую реализуемость, а также высокие точность и быстродействие. Достигнута точность па порядок выше точности известного генераЗ 0 тора, при этом отпадает необходимость вповторной настройке генератора в процессе длительной его эксплуатации.970360 п,г Соста витель А. Карасов Редактор А. Мотыль Техред И. Верес Корректор Г. Огар Заказ 7411/59 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4которого 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 1. Четвериков В. Н. и др, Вычислительная техника для статистического моделирования. М., Сов. радио, 1978.2. Авторское свидетельство СССР345487, кл. Сз 06 Р 7/58, 1971 (прототип).