Устройство для вероятностного моделирования сложных систем

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик 1 и 717776(51)М. Кл, Я 06 Р 15/20 Гвсударствеиньй кеимтет СССР ае делам кзебретеннй к аткритейДата опубликования описания 28.02.80 В. Н. Горбиков, Б, Я, Буянов, В, И. Финаев и А. В. Осипов(72) Авторы изобретения Таганрогский радиотехнический институт имени В. И. Калмыкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕРОЯТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ1Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для моделирования случайных цроиессов и ве роятностного управления стохастическими объектами. Известно устройство для вероятностного моделирования, содержащее генератор равномерно распределенных случайных чисы, блок сравнения, блок памяти, регистр адреса, блок управлени 11.Недостаток этого устройства состоит в том, что отмеченные вьппе устройства не могут быть использованы стохастическими объектами, а также не могут быть использованы для решения задач комбинаторного типа (например, задачи о распределении деталей по станкам или задачи о разрезании графа по некоторым критериям), ,Действительно, строго определенные матрицы переходных вероятностей не позволяют устройствам изменять свою структуру и сводить ее к структуре исследуемого объекта. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для вероятностного моделированиясложных систем, содержащее генераторравномерно распфеделеннйх случаЪных чисел, выход которого соединен с первымвходом блока сравнения, регистр адреса,выход которого соединен с первым входомпервого блока памяти, второй вход которого является первым входом устройства,регистр числа, блок управления 2),Недостатком известного устройствадля вероятностного моделирования является его использование только для моделирования стационарных цепей Маркова, тоесть матрицы переходных вероятностей,которые не зависят от времени и, какследствие, возможность их использованияв качестве генератора стационарных смешанных стратегий,Однако в инженерной практике широко распространены объекты, математическими моделями которых являются нестационарные цепи Маркова, Их матрицы пере3 7177ходных вероятностей существенно зависят"от времени, Кподобного рода моделям сводятся алгоритмы аднийвйИМ управления и-многие реальные производственные процессы. Эж обстоятельства су" щественно сужают область применения изв естного,устройства.13 ель предлагаемого изобретения состоит в расширении функциональных воэможностей устройства 0Для-достижения поставленной цели уст-ройство содержйт блок задания-вероятностей, сумматор, блок задания адреса, элемент И, второй блок памяти и блок согласования, выход которого является выхо-дом устройства, а вход блока согласования соединен с выходом второю блокапамяти, первый вход второго блока помяти соединен с выходом элемента И, а выходы второго блока памяти соединены со- ответЖ 6 еннос первыми входайи регистраадреса и блока задания вероятностей, вто.Рйе ьхойы которйХ яМяиУгся "третьйм ичетвертым входами устройства"сбответсзвенно, третий вход н выход блока задания 25вероятностей соединбйй моейгствейно:с-первымвыходом и третьим входом первого блока памяти, второй выход"которо-го соедйнен с первым входом сумматора,Выход котороГо соЕДИНЕН Со вторым вхо 30дом блока брюненйя, вйходкоторбго сое-"дкнеп с первьм входом элемента И, второй вМод" котброюсубд%ней" с "йервым выходом блока задания адреса, второй выходкотофФО Соединен стретьям входом регистра адреса, а вход блока з 4 ЮМйя "адреса обьедннен со входом гейерагбра равно-мерно распределенных случайнйх чисел,ж Вгорьь входом сумматора и с третьимвходом устройства.Кроме того, блок задания вероятностейсодержитпервый и второй элементы И,элемент ИЛИ, элемент сравнейня, сумма-тор, делятель, регистры адреса, первыйЗЖсод"йервого из-которых является выхо-дом блока; второй выход й первый входйефбого" регистра адреса соединены соотВЬтсгвэнно с .Йервым входом"и выходомсумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы котЗрою соедйнены с выходамм 3 Йрвого ивторого элемейтов И сооЖеФЯчзенно, первые Ъходыкоторьк соедййены с выходамиэлемента сравнения соответственно, пеюый"йод которого является первым входомйока,а"второй" мод"злбФВТЬ сравненияСоединен с-йервьМвыходом второго регистра адреса, второй вход которого сов 76динен со вторым входом первого регистра адреса, третий вход которого является вторым входом блока, третий вход блокасоединен со вторым входом первого эле мента И и через делитель со вторым входом второго элемента И,Блок-схема устройства приведена нафиг, 1,На фиг. 2 приведена схема блока зада ния вероятностей.Элементы устройства взаимосвязаны следукзцим образом. Шины установки начальных состояний 1 и 2 соединены соответственно с первыми входами первогоблока памяти 3 и второго блока памяти 4, шины входных воздействий 5 соединЬны с первыми входами регистра адреса6; блок задания адреса 7, генератора 9 равномерно распределенных случайных чнсел сумматора 9, Шина выходных сигналов 10.соедннена с выходом блока согласования 11, вход которого соединен с первым выходом второго блока памяти 4, второй выход которого соединен со вторым входом регистра адреса 6, выход которого соединен со вторым входом первого блока памяти 3, первый -выход" которого соединен со вторым входом сумматора 9, выход которого соединен с первым входом блока сравнения 12, второй вход которою соединенс выходом генератора 8 равномерно распределенных случайных чи сел, а выход - с первым входом элемента И 13, второй вход которого соединен с первйм выходом блока 7, второй выход которого соединен с третьим входом регистра адреса 6. Выход элемента И 13 соединен со вторым входом второго блока памяти 4, третий выход которого соедннен с первым входомблока задания вероятностей 14, второй вход и выход которо го соедннены соответственно со вторым н третьям входом первого блока памяти 3, а третьи входы - с шинами реакции внешней среды 15.В блоке задания вероятностей 14 первый вход 16 элемента сравнения 17 яв-ляется первым входом блока 14, Первый вход 18 реестра адреса 19 является вторым входом блока 14, а второй вход сЬедВВЖ-с первйМ "выходом реестра адреса 20, второй выход которого соединен со втбрьм=входом"элемента сравнения 17, первыйн второй вйходы которого соответ стввнносоедннены с первыми входамн элементов И 21 и 22, вторые входы ко-Фьрых соединены с шиной реакции внешней среды 1 Б, причем вход элемента И 225 71777 соединен через делитель 23, а выходы элементов И 21 и 22 соединены соответ- ственно с первым и вторым входом элемента ИЛИ 24, выход которого соединен с первым входом сумматора 25, вьасод 5 и второй вход которого соответственно соединены с третьим входом и первым выходом регистра адреса 19, второй выход 26 которого является выходом блока 14, 10Работа устройства происходит следующим образом,По шине 1 в первый блек памяти 3 производится запись элементов матрицы переходных вероятностей, В случае рабо ты устройства в режиме обучения засасывается начальная равноввроятная матрица.По шине 2 во второй блок памяти 4 производится запись кода начального внут реннею состояния устройства. Начало цик 20 ла работы определяется временем поступления входного сигнале, представляющего собой К-элементный двоичный код, по шине входных воздействий 5.Этим сигналом первоначально произво25 дится сброс сумматора 9 в исходное состояние, запускается блок 7 и генератор8 равномерно распределенных случайных чисел.Генератор 8 равномерно распрвделэй- ных случайных чисел генерирует случай ное число, равномерно распределенное нв участке Г11," гдв Щ - точность представлейия числа генератора.Одновременно входной сигнал постуцает на первый вход регистра адреса б, который представляет собой дешифратор. Этим сигналом обеспечивается выбор кон 40 кратной матрицы переходов в первом блоке памяти 3,Нв второй вход регистра адреса от второго блока памяти 4, поступает код, соот ввтствуюшего предыдущего внутреннего состояния устройства (или начального со 45 стояния). Этим сигналом через двшифрв; тор регистра адреса 6 ив второго блока йамяти 3, выбирается строка матрицы переходных вероятностей.Сигналы от блока задания номера стро-;50 ки поступают нв третий вход реестра ад-реса 6, в виде последовательности номеров элементов 1, 2, , и, выраженных в двоичном коде, гдв 111 - число элемвнл55 тов в строке.Блок 7 представляет собой генератор тактовых импульсов, выдающий на каждом. цикле работы и импульсов, и счетчик 6 6этих импульсов, определяющий номер импульса. По сигналам, соответствующимномерам элементов строки матрицы первходных вероятностей, из блока 7, по третьему входу регистра адреса 6 производится выбор элементов строки из перво,го блока памяти 3 и их запись в рв.;гистр 19, блока 14, а также элементыстроки матрицы передаются в сумматор 9.Сумматор 9 формирует последовательносуммы элементов строки матрицы переходных вероятностейЕд,",где С . - 1-й элемент-й строки матрицы переходных вероятностей.Суммы, получаемые в сумматоре 9,последовательно сравниваются блоком срввпения 12 со случайным числом , поступаккцим в блок сравнения 12 от генератора равномерно распределенных случайныхчисел 8.Устройство сравнения срабатывает вслучае, если суммаПри выполне ии этого неравенстваблок сравнения 12 вырабатывает сигнал,который открывает элемент И 13, и номер элемента, при котором сработал блок,записывается через элемент И 13 во второй блок памяти 4.Сигнал со второго блока памяти 4 через блок 11, обеспечивающий преобраэованне данного сигнала в сигнал выхода,поступает по шине 10 на объект управл ения.По шине реакции внешней среды 15 вблок 14 поступает сигнал приращения матрицы дР. Блок 14 выполняет следующие функции,К элементу строки матрип переходныхвероятносгей Й;, номер которого находится во втором блоке памяти 4, прибавляется величина АР с присушим ей знаком,Сстальиые элементы-й строкиуменьшаются или;увеличиваются в вазисимости от знвквЬР на величину ф- изаписываются в первый блок памятй 3 потому же адресу, в тв жв ячейки, где хранилась непреобразованная строка,Работает блок следующим образом.Элементы строки матрипы записаны в двоичном коде в регистр 19 (см, фиг. 2),по сигналам блока 7,По ситналам от регистра 20 элементыстроки матрицы иэ регистра 19 цодвютсапоочередно в сумматор 25,7 7177Величина Р по шине реакции внешней среды в двоичном коде поступает на второй вход алемента И 21 и на делитель 23, который преобразует величину ЬР вдРвеличину -с сохранением знака ЬР, 5ФВеличина - 14 постуйает на второй вход элемента И 22, По входу 16 на первый вход элемента сравнения 17 из второго блока памяти 4 поступает код, соответствующий10 номеру выходного элемента устройства,Номера элементов строки из реестра 20 последовательно поступают на второй вход элемента сравнения 17. Элемент сравнения 17 выдает сигнал по прямому5 выходу в случае совпадения кодовых ком бинаций на его первом и втором выходах и сигнал по инверсному выходу в против, ном случае.Инверсный сигнал элемента сравнения 10 17 открывает элемент И 22, н величиначерез элемент ИЛИ поступает вЬРсумматор 25 для образовании новых эле- ментов, строки, которые после преобразования заносятся ВКОВь В регистр вдре св. Прямой силищ с элемента сравнения 17 открывает элемент И 22 и велищна Р через алемент И 22 и алемент ИЛИ 24 попадает в сумматор 25, в котором 3; элемент изменяется на величинув,Р в зависимости От ее знака.Преобразованная таким образом строка заносится В первый блок памяти 4.На атом цикл,раббты заканчивается.стройство готово к прнему нового вход ного сигнала,Зффектнвность устройства определяет 1 ся тем, что реализованное предлагаемое устройство дает значительну 1 О экономию40 машинного времени, так как функпиониро вание аналогкчных устройств ревлизовв лось в основном в виде машинных алгоритмов.В результате использования подобных45 устройств в управлении производственными пропессами достигается высокая оператив- ность в кйчесгво управлення, определяю щах повьпдение эффективности производства и возрастание производительности труда в Ф о р м у л в и з о б р е т е"н и я1. Устройство для вероятностного мо55 делирования сложных систем, содержащее, генератор равномерно распределенных слу чвйвЪа чисел, выход которого соединен 76 , 8с первым входом блока сравнения, регистр адреса, выход которого соединен с первым входом первого блока памяти второй вход которого является первым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства за счет моделиро ванин нестационарных процессов, оно содержит блок задания вероятностей, сумматор, блок задания адреса, элемент И,второй блок пвмяти и блок согласования, вы ход которого является выходом устройсъвв, а вход блока согласования соединен с выходом второго блока памяти, первый вход которого является вторым входом устройства, второй вход второго блока памяти соединен с выходом элемента И, а выходы второго блока памяти соединены соответственно с первымн входами регистра адреса и блока задания вероятностей, вторые входы которых являются третьим и четвертым входами устройства соотвез ственно,третий вход и выход блока зада ния вероятностей соединены соответственно с первым выходом и третьим входом первого блока памяти, второй выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с первымгвыходом блока задания адреса, второй вы ход которого соединен стретьим входом регистра адреса, а вход блока задания вд реса обьединен со входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, со вторым входом сумматора и с третьим входом устройства. 2. Устройство для вероятностного мо дэлнрования сложных систем по п. 1, о т л.и ч в ю щ е е с я тем, что блок задания вероятностей содержит первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, элемент сравнения, сумматор, делитель, и регист-" ры адреса, первый выход первого из которых является выходом блока, а второй выход и первыйвход первого регистра мреса соединены соответственно с первым входом а выходом сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И соотгветственно, первые входы которых соединены с выходами элемента сравнения собтветственно, первый вход которого является первым входом блока, а второй вхол эл ементв сравнЕния соединен с первым выхолоы717776 1 б Составитель А, Карасоведактор Э. Губнипкая Техред М. КелемещКорректорЗаказ 9849/67ЦНИИ ПИ Рещетник Тираж 751 ПодписноеГосударственного комитета СССР ам изобретений я открытийМосква, К 35, Раушская набд. 4/8 атель, г. Ужгород, ул. Проектная,иал ППП фП 9второго регистра адреса, второй выход которого соединен со вторым входом пер ного регнстра адреса, третий вход которого является вторым входом блока, тревй вход блока соединен со вторым входом 1первого элемента И н через делитель со вторым входом второго элемента И.0Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР /М 488212, кл, О 06 Г 1/02, 1974.2. Авторское свидетельство СССР