Генератор случайных временных интервалов

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ 1Изобретение относится к вычисли" тельной технике и может быть применено для моделирования случайных процессов.Известен генератор случайных временных интервалов, содержащий датчик случайных чисел, счетчик, дешифратор и позволяющий сравнительнопросто получить поток временных интервалов, распределенных по закону Эрланга, причем порядок потока определяется разрядностью счетчиков и дешифратора и может оперативно изменяться 113.Недостатком генератора является 15 невозможность перестройки генЕратора на другие законы распределения.Наиболее близким к предлагаемомуявляется генератор, в состав которого входят датчик равномерно распределенных случайных чисел, функциональныйпреобразователь, состоящий из дешиф" ратора, наборного поля и шифратора, блок задания начальных условий, счетчик, два формирователя импульсов, 25 триггер, две группы элементов И, генератор импульсов. Генератор позволяет получить любую заданную функцию распределЕния временных интервалов. Функциональный преобразователь осу ществляет преобразование и-разрядных случайных чисел с"равйомерным эаконом распределения в щ-разрядныеслучайные числа, распределенные Йозаданному закону, которые поступаютв счетчик времени, отрабатывающийвременной интервал пропорциональнопоступающему числу. Эначения аппроксимированной ступенчатой Функции распределения к (2) хранятся в наборном поле функционального преобразователя, выполненном в виде диодной матрицы иэ п столбцов и в строк, причем ив. Число точек разбиения 1 при аппроксимации равно 2 и оно определяет точность аппроксймации, Увеличение числа точек разбиения приводит к увеличению расхода оборудования во всех блоках генератбра и особенно в функциональном преоб" разователе, для которого удвоение чис" ла точек разбиения приводит к удвое нию расхода оборудования. И так каК объем оборудования при моделировании случайных процессов часто бывает большим, то увеличение, точности эа счет увеличения расхода оборудования нв всегда представляется возможным 21, Недостатком генератора является не"достаточная точность аппроксимации задаваежх законов распределения.Целью изобретения является повышение точности аппроксимации симметричных законов распределения. Укаэанная цель"достигается тем, что генератор случайных временных интервалов, содержавший датчик равномерно распределенных случайных чисел, Функциональный преобразователь, блок задания начальных условий, первую 10группу элементов И, вторую группу эле 15разователя, выходы которого подключе- " ментов И, счетчик, первый генератор,генератор импульсов, первый и второйФормирователи импульсов, причем разрядные выходы датчика равномерно расйределенных случайных чисел подключены к входам функционального преобны к первым входам элементов И пер-. вой группы, выходы которых подключены к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И второй группы, первые входы которых подключены к развторые входыэлементов И второй группы йодключены к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел,выход второго элемента ИЛИ подключенк выходу генератора"и"к"входу"второго Формирователяимпульсов, выход которого подключен к нулевым входамтриггеров, . -б 5 рядным выходам блока задания начальных условий, счетный вход счетчика ,2подключен к выходу генератора импульсов, выход счетчика подключен к счетному входу первого триггера, введеныгенератор равновероятных потенциалов,четыре элемента И, два элемента ИЛИ, ЗОвторой триггер, при этом выход счетчика подключен к первым входам четырех элементов И, единичный выход первого триггера подключен к вторым входам первого и четвертого элементов И З 5и к счетному входу второго триггера,единичный выход которого подключен квходу вычитания счетчика и к третьимвходам второго, третьего, четвертогоэлементов И, а нулевой выход - к входу сложений счетчика и к третьему вхо-фду первого элемента И, нулевой выходпервого триггера подключен к вторымвходам второго и третьего элементовИ, нулевой выход генератора равновероятных потенциалов подключен к четвертым входам первого и третьего элементов И, а единичный выход - к чет:вертым входам второго и четвертогоэлементов И, выходы первого и второгоэлементов И подключены к входам пер- у)ного элемента ИЛИ, выход которогоподключен ко вторым входам элементовИ первой группы, выход третьего элемента И подключен к входу первого Формирователя импульсов, выход которогоподключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходучетвертого элемента И,На Фиг, 1 приведена структурная схема генератора случайных временных интервалов; на фиг, 2 - график симметричной Функции плотности.Генератор содержит датчик 1 равномерно распределенных случайных чисеп,Функциональный преобразователь 2, первую группу элементов 3 И, счетчик 4,блок 5 задания начальных условий, втоРую группу элементов б И, генератор 7 импульсон, генератор 8 равновероятных потенциалов, первый Формирователь9 импульсов, второй Формирователь 10 ймпульсов, триггер 11, дополнительный триггер 12, элементы 13, 14, 15 и 16 И, элементы 17 и 18 ИЛЙ. Генератор равновероятных потенциалов состоит из генератора 19 случайной пачки импульсов и триггера 20,Выходы датчика 1 равномерно распререленных случайных чисел подключенык входам функционального цифровогопреобразователя 2, выходы которогоподключены к первым входам элементов3 И первой группы, выходы которых подключены к выходам элементов б И второй группы и к разрядным входам счет" чика 4, счетный вход которого подключен к выходу генератора 7 импульсов, выход счетчика 4 подключен к счетному входу триггера 11 и к нходам элементов 13, 14; 15 и 16 И, единичный выход триггера 11 подключен к входам элементов 13 и 16 И и к счетному входу триггера 12, нулевой выход которого подключен к входу элемента 13 И ик входу сложения счетчика 4, а единичный выход к входу нычитания счетчика4 и к входам элементов 14, 15 и 16 И,нулевой выход триггера 11 подключенк выходам элементов 14 и 15 И, первыйвыход генератора 8 равновероятных потенциалон подключен к входам элементов 13 и 15 И, а второй выход подключен к входам элементов 14 и 16 И, входы элементов 17 ИЛИ подключены к выходам элементов 13 и 14 И, выход элемента 17 или подключен ко нторым входамэлементов 3 И, выход элемента 15 Иподключен к входу формирователя 9 импульсов, выход которого подключен квходу элемента 18 ИЛИ,другой вход которого подключен к выходу элемента16 И, выход элемента ИЛИ 18 подключен к выходу гейератора и к входу,форькрователя 10 импульсов, выход ко"торого подключен к нулевым входамтриггера 11 и 12, втОрые входы элементов И б подключены к дополнитель"ному выходу датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел,В предлагаемом генераторе для повьзаения точности аппроксимации используется симметрия функций плотности, относительно математического ожидаййя таких расйределе,"ий как нормальное распределение, распределение Симпсона, распределение Максвелла и т.д, Использование симметрии позволяет аппроксимировать лишь одну иэ ветвей функции плотности, а вторую получать . путем арифметических операций надпервой. В предлагаемом генераторе аппроксимируется левая ветвь функции плотности, а правая образуется путем сложенИя математического ожидания случайной величины Тщ и разности между математическим ожиданием и соответствующем значением аргумента левой ветви Т; по формулет . тт -т,-1,22, где Т; - значение аргумента правой ветви в 1-той точке.Этот прием позволяет в предлагаемом генераторе удвоить число точек разбиения при аппроксимации симметричных,законов, по сравнейию с известным генератором в,итоге повысить точность аппроксимации без существенного увеличения расхода оборудования, 2 или же существенно сократить расход оборудования при том же числеточек разбиения.В отличие от прототипа ступенчатая функция Й (2) с числом точек разбиения 25 2 , соответствующая функции плотности К(В), фиксируется в диодной матрице Функционального преобразователя лишь для левой ветви функции плотности поддиапазона Т- Т. 30Датчик 1 равномерно распределенных чисел формирует в начале каждого цикла за время 1,Р случайное число 1 и выдает его и-разрядным параллельным импульсным кодом в функциональный циф.35 ,ровой преобразователь 2, Одновременно " с кодом 1 с дополнительного выхода датчика 1 на вторые входы элементов И второй группы поступает импульс записи, который производит запись кода 40 2 , соответствующего начальному интервалу Т в реверсивный счетчик 4. Счетчик 4 начинает считать импульсы в режиме сложения пока не переполнится. Импульс переполненияна выходе счетчика свидетельствует об окончании от" работки интервала То. Одновременно с отработкой То в преобразователе 2 за время 1 и происходит преобразование и-разрядного кода х в щ-разрядный код Епо заданному закону распределения и его выдача в виде потенциалов на первые входы элементов 3 И первой группы. Триггер 20 генератора равновероятных потенциалов считает . регулярные импульсы, постуйающие от генератора 19 случайной пачки импульсов, число которых в каждом цикле случайно. Триггер 20 представляет собой счетчик двух, который при счете импульсов случайной пЛ:чкгбмногократно б 0 переполняется, что является необходимям условием для получения равновероятных событий. Вероятность пребывания триггера 20 в состоянии 0 ф после счета импульсов случайной пачки, рав- ббна вероятности его пребывания в состоянии 1. Потенцивлы с выходов триггера 20 поступают на входы элементов 13, 14, 15 и 16 И, которые в начале каждого цикла выбирают с равной вероятностью левую или правую ветвь Функции плотности.Если триггер 20 в состоянии 0, то генератор отрабатывает случайный временной интервал Т в поддиапазоне Т - 1,после окончания отработки интервала То импульс переполнения с выхода счетчика 4 поступает на счетный вход триггера 11, который переключается в состояние ,1, при этом на единичном выходе Формируется потенциал верхнего уровня, разрешающий поступление импульса через элементы 13 И, 17 ИЛИ на вторые входы элементов 3 И.Код Е; записывается в реверсивный счетчик, который начинает его преобразовывать во временной интервал Т( в режиме сложения, так как на входе сложения потенциал верхнего уровня с нулевого выхода триггера 12. По окончании отработки интервала Т; импульс переполнения переключает триггер 11 в состояние 0 ф, а триггер 12 в,1, и поступает через элемент 15 И, формирователь 9 импульсов, эле" мент 18 ИЛИ на выход генератора,Если триггер 20 в состоянии ф 1, то генератор отрабатывает случайный временной интервал Т; в поддиапазоне Т - То,. Интервал Т в этом режиме работы генератОра получается как,сум-. ма двух интервалов ". Фиксированного интервала равного ( Т, - То ) и интервала Т; , задаваемого случайным числам 2 . Импульс перепблнения после обработки То переключает триггер 11 в 1 фф, но на запись кода Х; не поступает, так как все элементы 13, 14, 15 и 16 И закрыты. Поэтому счетчик 4 отрабатывает временной интервал(Тщ - То), равный 2 дТ, где д Т - период поступления импульсов от генера- тора 7. После счета 2 импульсов счетчик 4 переполняеся, импульс переполненияпереключает триггер 11 в 01, триггер 12 в ф 11 и поступает через элемент 14 И, элемент 17 ИЛИ на запись кода 2 . Реверсивный счетчик 4 отрабатывает код 2; в режиме вычитания, так как потенциал верхне" го уровня с единичного выхода триггера 12 поступает на вход вычитания счетчика 4. После отработки интервала Т( третий импульс переполнения переключает триггер 11 в .ф 1 и поступает через элемейт 14 И, элемент 18 ИЛИ на выход генератора и, задер" жавшись на длительность импульсов пепереполнения ) формирователем 10 импульсов, сбрасывает триггер 11 и 12 в 0 ф.=йбФейолйяется двм(,(и," а в "пбддиапазоне тц - ттрижды. поэтому" к ка-чальйому интервалу Т прибавляетсядополнительный интервал Т, в первомслучае равный 21, а в во втором"слу"чае 31. Чтобы сКомпенсироВатЪ" Разницу в однулительность импульса введен Формирователь 17 импульсов,"вйосящий задержку на ,Введение в состав генератора триг"гера, четырех элементов "И,двУх "эле-ментов ИЛИ, генератора равнОвЕроятных, потенциалов позволяет повысить точность аппроксимации для симметричных"законов распределения. Для нессиметричных функций плотности обесПечйвается нормальная работа генератора подачей на нулевой вход триггера 12 по Отенциала, запрещающего счет трех импульсов и работу"реверсивного счет"чика в режиме вычитания.Формула изобретенияГенератор случайных временных ин- тервалов, содержавший датчик равномернораспределенных случайных чисел, 3 О Функциональный преобразователь, блок задания начальных условий, первую группу элементов И вторую группу элементов И, счетчик, первый триггер, генератор импульсов, первый и второй З 5 Формирователи импульсов, причем разрядные выходи датчика равномерно рас" нределенных случайных чисел подключены к входам Функционального преобразователя, выходы которого подключены к первым вхоцам элементов И первой группы, выходы которых подключены к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И второй группы, первые выходы которйх йодключены к разрядным выходам блока задания начальных условия, счетный входсчетчика подключен к выходу генератора импульсов, выход счетчика подключен к счетному входу первого триггера, о тличающийся тем, что, сцелью повышения точности айпроксимации симметричных законов распределения, в него введены генеоатор равновероятных потенциалов, четыре элементаИ, два элемента ИЛИ, второй триггер,при этом выход счетчика подключен кпервым входамчетырех элементов И,единичный выход первого триггера подключен квторым входам первого и четвертого элементов И и к счетному входу второго триггера, единичный выходкоторого подключен к входу вычитаниясчетчика и к третьим входам второго,третьего и четвертого элементов И, анулевой выход - к входу сложения счетчика и к третьему входу первого элемента И, нулевой выход первого триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов И, нулевойвыход генератора равновероятных потенциалов подключен к четвертымвходампервого и третьего элементовИ, а единичный выход к четвертым входам второго и четвертого элементовИ, выходы первого и второго элементов И подключены к входам первогоэлемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам элементов И пер-вой группы, выход третьего элементаИ подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу .четвертого элемента И,вторые входы элементов И второй группы подключены к выходу датчика равномерно распрецелительных случайных чисел,выход второго элемента ИЛИ подключен к выходу генератора и к входувторого формирователя импульсов, выход которого подключен к нулевым входам триггеров,Источники информации,принятые вовнимание при эксперти,1. Авторское свидетельство СССРР 494742, кл. О 06 Г 1/02, 1974.2, АвторскоесвидетльствоВ 440662, кл 6 06 Р 1/02, 1973 (прототип).746482 ЦНИИПИ Заказ 4103/17 Тираж 751 Подписное Филиал ППП фПатент, г,Ужгород,ул.Проектная,4