Имитатор многомерных случайных величин

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик и 85978) Дополнительное к авт. саид-ву2) Заявлено 06.12.79 (21) 2848620/18 - 2 5) К06 Р 7/58 7 С 15/О соединением заявки Гевударвтввкхый квми ЕССР28) Приоритет ам язввретеннни втврытаа Опубликовано 23.08 81, БелДата опубликования описаии етень Рй 3) Авторыиэобретеии анович, Н. А. Вол Минский радиотехнический институт 71) Заявите) ИМИТАТОР МНОГОМЕРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИ тивибратор,ль частоты зный ов де аИзобретение относится к вычислительной технике н может быль использовано при моде пирования систем с учетом случайных внешних возмущающих факторов и случайных парометрических отклонений объектов, нри создании стохастических вычислительных машин и многоканальных датчиков случайных сигналов.Известно устройство формирования многомерных случайных сигналов с заданной матри. цей спектральных плотностей, содержащее 1 ч ис. точников исходного случайного сигнала, блок тф формирующих фильтров и блок сумматоров Я.Однако это устройство не позволяет форми. ровать многомерные случайные величины с заданным многомерным законом распределения вероятностей. Кроме того, наличие большого ко-личества источников исходного сЛучайного сигнала усложняет аппаратурную реализацию устройства и ухудшает стабильность его характеристик,Известен также многоканальный генератор случайных чисел, который содержит первичный источник случайных импульсов, блок формирования импульсов, фильтр низких частот, ключ, амплитудный селектор, блоки памяти, матричный: переключатель, многофа мульрегистр сдвига импульс, лите иблок управления 121.Однако это устройство формирует тольконезависимые случайные числа и не обеспечиваетмоделирование многомерных случайных величинс произвольным заданным многомерным законом распределения вероятностей,Наиболее близким техническим решениемк предлагаемому изобретению является устрой.ство для вероятностного моделирования, содержщее генератор равномерно распределенныхслучайных чисел, регистр адреса, бяок памяти,регистр числа, регистр маски, блок сравнениян блок управления 3). Недостатком зтого устроиства является то, что оно не позволяет формировать многомерные случайные величины с произвольным заданным многомерным законом распределения вероятностей, так как по заложенным принципам работы и структурной организации оно ориентировано на формирование одномерных случайных величин, При построении устройства использованы857978 4рому входу блока 10 памяти, а также к входам генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел и второго элемента 9 задержки.Выход второго элемента 9 задержки соединен с5вторым входом регистра 8 числа и с первым а, входом сумматора 7, выход которого подключенк третьему входу первого элемента 4 И, Выход первого элемента 4 И соединен с третьим входом регистра 8 числа, й выходов которого, являющиеся выходами устройства, подключены к входу регистра 11 адреса, (И+1).й выход регистра 8 числа соединен с вторым входом генератора 1 тактовых импульсов, Выход генератора б равномерно распределенных случайных чисел подключен к второму входу сумматора 7, третий вход которого соединен с выходом блока 10 памя-.ти.Имитатор многомерных случайных величинработает следующим образом. сложные схемотехнические решения, что снижаетего эффективность,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения произвольных заданных многомерных законов распределения вероятностей и упрощение устройствУказанная цель достигается тем, что имитатормногомерных случайных величин дополнительносодержит генератор тактовых импульсов, первыии второй элементы задержки, первый и второйэлементы И, триггер и сумматор, причем входустройства соединен с первыми входами генератора тактовых импульсов н регистра числа, атакже с установочным входом триггера, выходгенератора тактовых импульсов подключен квходу первого элемента задержки, а также кпервым входам элементов И, выход первогоэлемента задержки соединен с счетным входомтриггера, первый выход триггера подключен квторому входу первого элемента И, а второйвыход триггера соединен с вторым входомвторого элемента И, выход которого подключен к второму входу блока памяти, а такжек входам генератора равномерно распределен.ных случайных чисел и второго элемента задержки, выход которого соединен с вторымвходом регистра числа и с первым входом сумматора, выход которого подключен к третьемувходу первого элемента И, выход первого элемента И соединен с третьим входом регистрачисла, Й выходов которого являются выходами 30устройства и подключены к входу регистра адреса, а (И+1)-й выход регистра числа соединенс вторым входом генератора тактовых импульсов, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел подключен к второму вхо,Ву сумматора, третий вход которого соединенс выходом блока памяти,На чертеже представлена блок-схема имитатора.Имитатор содержит генератор 1 тактовыхимпульсов первый элемент 2 задержки, триггер 3, первый элемент И 4, второй элемент Игенератор 6 равномерно распределенных случайных чисел, сумматор 7, регистр 8 числа, второйэлемент 9 задержки, блок 10 памяти и регистр11 адреса,Выход регистра 11 адреса соединен с первымвходом блока 10 памяти. Вход устройства сое.динен с первыми входами генератора 1 тактовыхимпульсов и регистра 8 числа, а также с устано 50вочным входом тритгера 3, Выход генератора 1тактовых импульсов подключен к входу первогоэлемента 2 задержки, а также к первым вхо.дам элементов И, Выход первого элемента 2,задержки соединен со счетным входом триггера13. Первый выход триггера 3 подключен к второ-му входу первого элемента И 4, второй выходтриггера 3 соединен с вторым входом второгоэлемента И 5, выход которого подключен к вто. Для формирования значения многомерной слУчайной величины х=1 х + х хя на вход устройства подается 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 вырабатывать последовательность тактовых импульсов, триггер 3 переходит в нулевое состояние, и на его втором выходе вырабатывается разрешающий уровень, поступающий на второй вход второго элемента 5 И, а в регистре 8 числа устанавливается код 00001 (единица в нулевом разряде). Импульс, сформированный генератором 1 тактовых импульсов, прои дит на выход второго элемента 5 И и воздействует на вход генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел, на второй вход блока 10 памяти и на вход второго элемента 9 задержки, Генератор б равномерно распределенных случайных чисел вырабатывает значение случайного числа, равномерно распределенного на интервале (0,1). При поступлении импульса на второй вход блока 10 памяти производится считывание информа. ции из ячейки, адрес которой находится в регистре 11 адреса, Регистр 11 адреса соединен с младшими 1 с й разрядами регистра 8 числа (установочные входы триггеров подключены к выходам регистра 8 числа) и информация, хра. нящаяся в регистре 8 числа, повторяется в регистре 11 адреса, Таким образом, при поступлении первого тактового импульса производится считывание информации из ячейки блока 10 памяти с адресом 0001. В блоке 10 памяти хранятся данные о многомерной функции плот. ности распределения вероятностек т(х, х , х записанные в виде отрицательных чисел в обрат. ном коде.5яС выходов генератора 6 равномерно распределенных случайных чисел и блока 10 памяти числа импульсы поступают на второй и третий входы сумматора 7, По окончанию интервала,времени, задаваемого вторым элементом 9 за. держки, тактовый импульс поступает на первый вход. сумматора 7, разрешая выполнение операции сложения чисел, поступивших на второй и третий входы сумматора 7. Кроме того, с выхода второго элемента 9 задержки импульсы поступают на второй вход регистра 8 числа, в результате чего выполняется сдвиг числа в регистре 8 на один разряд влево (получается код 000-010). 20 Для реализации данного метода в блок 10памяти записываются значения вероятностейпопадания многомерной случайнои величины насоответствующие участки области возможных 45 значений. Для удобства выполнения последующихопераций в блок 10 памяти записываются инверсные коды вероятностей.Размещение данных по ячейкам выглядитследующим образом:Адрес0001 При сложении чисел, поступивших на входысумматора 7, на его выходе вырабатываетсясигнал переноса из знакового разряда (О или1). Этот сигнал поступает на третий вход первого элемента 4 И.Первый тактовый импульс, выработанныйгенератором 1 такювых импульсов, спустяинтервал времени, задаваемый первым элементом 2 задержки, поступает ма счетный входтриггера 3 и переводит его в единичное состояние, При этом с первого выхода триггера 3разрешающий сигнал передается на второйвход первого элемента 4 И.Второй тактовый импульс, выработанныйгенератором 1 тактовых импульсов, в зависимости от сигнала, присутствующего на третьемвходе первого элемента 4 И; может пройтина третий вход регистра 8 числа. Если на третий вход первого элемента 4 И с выхода сумматора 7 поступил единичный сигнал, вторымтактовым импульсом в младший разряд регистра 8 числа заносится единица, если же на третьем входе первого элемента 4 И присутствуетнулевой сигнал, в младшем разряде регистра 8числа сохраняется нулевой код.По окончании интервала времени, задаваемого первым элементом 2 задержки, второйтактовый импульс поступает на счетный входтриттера 7 и переводит его в нулевое состояние,На этом заканчивается формирование старшегоразряда 1 ч-ой составляющей многомерной случайной величины х,Каждый из последующих разрядов составляющих многомерной случайной величины х формируется аналогично с использованием двухтактовых импульсов, вырабатываемых генератором1. Общее количество тактовых импульсов, которое затрачивается на формирование М-мернойслучайной величины с 1 с-разрядными составляющими, равно 2 М М.По окончании формирования значения многомерной случайной величины (после выработки21 с И тактовых импульсов) в старшем. разряде(И+1)-ый выход) регистра 8 числа оказываетсяединица, перемещения сдвигающими импульсами 57978 6из младшего разряда регистра 8 числа, Единичный сигнал с (И+1)-го выхода регистра 8 числа поступает на второй вход генератора 1 тактовы.импульсов и запрещает формирование тактовых импульсов, При этом на й выходах регистра 8, числа находится значение составляющих многомер.ной случайной величины х= х, х, ", хц)Для формирования следующей реализациимногомерной случайной величины необходимо подать сигнал "Пуск" на вход устройства, после чего цикл формирования повторяется. Имитатор/может работать в автоматическом режиме при периодическом поступлении сигналов "Пуск".Пусть необходимо формировать двумернуюслучайную величину х =1 х, х, значения составляющих которой задаются двухразрядными кодами.Многомерный закон распределения для хзадается следующим образом:"ьР(х=0,1; х=11) +Р(х=11; х =11) -- иВ имитаторе многомерных случайных величин используется метод последовательного форми 35 Рования разрядов составляющих многомернойчслучаинои величины, при этом последовательносужается область возможных значений до техпор, пока не будет определена единственная точкас координатами (х 1 хр ", хи)40 Содержимое1.01111 = (-Р(хр10 обр 0010 1.10111 щ (-Р(х, = 00/х 110 ор 0011 1,00111 = (-Р(х 10/х 110 ор 0100 1.01111 = (-Р(х 1 с 10/хр = 00 обр 0101 1.01111 (-Р(х, с 10/х, = 01 овр 0110 1,01111 = (-Р(х,10/х, = 10 о, 0111 1.01111 (-Р(х,10/х, = 11 Обр-О,ОООТаким образом, сумматор 7 выполняет операцию сравнения кода вероятности и кода равно мерно распределенногослучайного числа,Единица переноса из знакового разряда записывается вторым тактовым импульсом в младший разряд регистра 8 числа, При подаче третьего тактового импульса в блоке 10 памяти считывается содержимое ячейки с адресом 0011, на третий вход сумматора 7 поступает код 1.00111.При поступлении на генератор 6 равномерно распределенных случайных чисел кода 01110 в сумматоре 7 выполняется сложение1.00111+0,01110 У.1010По окончании четвертого тактового интервала в регистре 8 числа находится код 001 О.При выработке последующих тактовых импульсов в сумматоре 7 выполняются следующие сложения:5-й тактовый импульс 1.01111 0.00010 +-О 1.10001 1.01111 О ООЩ7-й тактовый импульс По окончании 8-го тактового интервала в ре.гистре 8 числа находится код 1.1000. Такимобразом, сформировано значение многомернои.случайной величины х :х =00, х 1 О .Подготовка данных о многомерной функцииплотности распределения вероятностей, которыехранятся в блоке 10 памяти, выполняется либовручную (при небольших значениях й и раз 10101.01111 - ( - Р(х= 00/х=О 1 х 10 о 6 р1011 1.01111 - ( - Р(х=10/хз =0,1, хр 10) )ебр1 100 1.01 11 1 - ( - Р (х 1=00/х=10 Х 10) )00 р1101 1.01111 - ( - Р(х 10/х=10 х,10 ер11 О 1.ОИ 11 - ( - Р (х - 00/х 11, х 101111 1,01111 - ( - Р(х =10/х, хъ,10 амбрПри подаче первого тактового импульса на второй вход блока 10 памяти считывается со-держимое ячейки с адресом 0001 и на третий вход сумматора 7 поступает код 1,01111, Пусть генератор б Равномерно распределенных случайных чисел по первому тактовому импульсу выработал код 11010, При сложении кодоврядностейсоставляющих многомерной случай. ной величины), либо с использованием ЭВМ.Предлагаемый имитатор многомерных случай. ных величин реализуется с использованием интегральной элементной базы. Технико- зкономическая эффективность изобретения определяется тем, что оно обеспечивает по сравнению с известными устройствами воз. можность формирования случайных внешних возмущений и случайных параметрических от. клонений объектов, характеристики которых описываются многомерными законами распределения вероятностей, что особенно важно при моделировании и испытаниях сложных технических систем; упрощение аппаратурной реализации моделирующих устройств при сохранении таких показателей как быстродействие и точность; повышение производительности стахастических . вычислительных машин и многоканальных дат. чиков случайных чисел. 30 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения Имитатор многомерных случайных величин, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, регистр адреса, выход которого соединен с первым входом блока памя. ти, и регистр числа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет воспроизведения произ. вольных заданных многомерных законов распределения вероятностей и упрощения 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 первым входам элементов И, выход первого элемента задержки соединен с счет а второй выход триггера соединен с вторым подключен к второму входу первого злемеда а второй выход триггера соединен с вторьп входом второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока памяти, 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, М выходов которого являются выходами имитатора и подключены ко входу регистра адреса, а (ч+1)-й выход регистра числа соединен со вторым вхо дом генератора тактовых импульсов, выход-35, Раушская наб д,каэ 7 / одни лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 857генератора равномерно распределенных случайныхчисел подключен к второму входу сумматора,третий вход которого соединен с выходомблока памяти,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 79ВНИИПИ Госудапо делам иэоб035, Москва, Ж 978 101, Бобнев М. П. Генерирование случайныхсигналов. М., "Энергия", 1971, с. 112.2. Авторское свидетельство СССР Мф 534775,кл. 6 07 С 15/00, 1976.3. Авторское свидетельство СССР У 488212,кл. 6 06 Р 15/20, 1974 (прототип).