Управляемый генератор потоков случайных событий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СфаетсвизСфциалистнчеснниРеспублик оц 997035(22 Заявлено 25.06. 81 (21) 3305107/18-24с присоединением заявки Йо -Р 1 М Кп з 0 06 Г 7/58 Госуяарствеииый комитет СССР ио аслам изобретеиий и открытий(71) Заявитель Минский радиотехнический институт(54) УПРАВИЕИЫЙГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИИИзобретейие относится к вычис.лительной технике и может быть использовано нри,вероятностном моделировании.По основному авт.св. Р 344431 известен генератор; содержащий по- следовательно соединенные блок ввода, блок элементов И, шифратор, регистр памяти и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а;выход соединен с управляющим входом регистра памяти, выходы которого через бЛок блокировки соединены со входом блока элементов. И, другой вход которого подключен к выходу блока заддния длительности. испытания11;Однако управление всеми элементами И с выхода блока задания длительности испытания осуществляется одновременно, что снижает точность управления генератором.Целью изобретения является повышение точности генератора.Для достижения поставленной цели блок задания длительностей испытания содержит. генератор импульсов, счетчик, группу регистров памяти и группу схем сравнения, выходы которых являются выходом блока,. выход генератора импульсов соединей.со счетнымл входом счетчика, выходы которого соединены с первыми группами входов схем сравнения группы соответственно, 5 вторые группы входов которых соединены с выходами соответствующих регистров памяти группы, входи которых об" разуют информационный вход блока.На фиг. 1 приведена блок-схема ге нератора, на фиг, 2 - работа генератора.Генератор содержит блок 1 вводапотоков случайных импульсов, блок 2 задания длительностей испытаний, блок 3 элементов И, шифратор 4, регистр 5 памяти, счетчик 6, блок 7 блокировки, генератор И импульсов. Блок 1 ввода потоков случайных импульсов содержит датчик 9 потоков случайных импульсов 2 О и блок 10 элементов задержки, Блок 2задания длительностей испытаний содержит генератор 11 импульсов, счетчик 12, регистры 13 памяти и схемы 14 сравнения.Сущность предлагаемого изобретениязаключается в том, что настройка на заданную функции распределения вероятностей осуществляется путем изменения соотношения длительностей- разрешающих сигналов длякаждой из схем совпадения, входящих в блок схем сов 997035падения, а ие за счет изменения интенсивностей датчика 9 в отличке отпрототипа. Очевидно, организоватьпрограммное управление длительностями разрешающих сигналов йроще, чемуправлять интенсивностями потоковслучайных импульсов, формируемых датчиками потоков случайных импульсов.Интенсивности всех потоков случайных импульсоа, поступающих на элементы И, входящие в блок 3, постоянны,1одинаковы для всех элементов И, входящих в блок 3 и не изменяются в,процессе перенастройки на воспроизведениедругой функции распределения вероятностей. Это позволяет испольэоватьодин качественный датчик потоков15случайных импульсов и осуществитьдля него стабилизацию интенсивностиформируемого потока.Рассмотрим назначение отдельныхблоков предлагаемого генератора неста 20ционарных потоков случайных событийс цифровым управлением.,Блок 1 ввода потоков случайныхимпульсов предназначен для формироэания и независимых потоков случайных импульсов с требуемыми интенсивностями,Блок 2 задания длительностей испытаний предназначен для формирования и разрешающих сигналов (по числуэлементов И в блоке 3, число которыхсоответствует числу интервалов квантования воспроизводимой функции распределения вероятностей); длительнос- Зти этих сигналов соответствуют кодам,поступающим от внешнего источникауправляющих кодов (например, от ЭВМ),и определяют вероятности попаданияформируемой случайной величины в соответствующий интервал квантования, 40Таким образом, с помощью этого блокаосуществляется управление видом воспроизводимой функции распределениявероятностей и ее числовыми характеристиками. 45Блок 3 элементов И, содержащий и3-х входовых элементов И, предназначен для реализации случайного испытания и формирования унитарного кода,в котором единица соответствует тому элементу И блока 3, на выходе которого появляется сигнал в данном цикле испытаний.Шифратор 4 предназначен для преобразования и-разрядного унитарного кода номера того элемента И блока 3,через который проходит первый сигналпри проведении очередного случайногоиспытания в позиционный код- соответствующей разрядности.Регистр 5 памяти предназначен для 60запоминания номера того элемента Иблока 3, через который проходит пер-.вый после начала случайного испытанияимпульс от блока 1 ввода потоков случайных импульсов. 65 Счетчик б импульсов и генератор 8 импульсов предназначены для преоб разования кода, поступающего иэ регистра 5 номера элементов И, во временной интервал.Блок 7 блокировки предназначен для запрещения проведения случайного испытания путем; блокировки элементов И блока 3, если в регистре 5 номера элементов Й хранится код, отличный от нуля. Датчик 9 потоков случайных импульсов предназначен для формирования первичного потока случайных импульсов, например пуассоновского, с интенсивностью ,.Блок 10 элементов задержки предназначен для получения из одного случайного импульсного потока, например пуассоновского, с интенсивностью Л и независимых потоков с той же интенсивностью. Для этого может быть использовано, напримерсвойство пуассоновского потока, заключающееся в том, что длительности интервалов между соседними, сигналами в пуассоновском потоке независимы друг от друга. Для пуассоновского потока на входе и выходе линии задержки практически независимы друг от друга, если за время задержки с с вероятностью, близкой к единице, приходит очередйой импульс входного потока. Требуемая величинаопределяется по формуле1 1Л игде- интенсивность пуассоновского потока,1 - Р, Р - вероятность появления импульса на выходедатчика 9 потоков случайныхимпульсов за время с, этавероятность выбирается достаточно близкой к единице.Элементы задержки. могут быть выполнены, например, на триггерах Шмидта, входящих в состав интегральных комплексов элементов (серии 155, например).Генератор 11 импульсов и счетчик 12 импульсов предназначены для формирования кода текущего времени .проводимого случайного испытания, необходимого для работы преобразователей код - временный интервал. Формируемый код поступает на схемы сравнения всех преобразователей код - временный интервал, чем обеспечивается синхронность их работы.Блок 13 регистров памяти предназначен для хранения управляющих кодов, поступающих от внешнего источника, например .от управляющей ЭВИ, и определяющих вид воспроизведения функции распределения и ее числовые характеристики.Схемы сравнения 14 предназначеныдля выработки совместно с регистром и разрешающих сигналов, поступающих на элементы И блока 3 элемен тов И. Разрешающий сигнал формируетсяна выходе каждой схемы сравнения втечение интервала времени, когда величина кода, хранящегося в соответствующем ей регистре 13 больше, чемвеличина кода текущего времени случайного испытания на выходе счетчика12 импульсов.Рассмотрим работу предлагаемогоустройства в стационарном режиме,который характеризуется тем, что навыподе генератора формируется потокаЩчайных событий (случайных интервалов времени между соседними сигналами), для которого вид воспроизводимой функции распределения вероятностей и ее числовые характеристикиостаются неизменными. Так как характер воспроизводимой функции распределения и ее числовые характеристикиопределяются управляющими кодами,хранимыми в регистрах 13 то, следова. тельно,в стационарном режиме эти коды 25остаются неизменными,Воспроизводимая функция распреде-ления аппроксимируется набором вероятностей, каждая из которых беретсяравной среднему значению функции рас- ЗОаределения на интервале квантования.Поэтому, чем большее, число интервалов квантования использовано для аппроксимации, тем выше точность воспроизведения заданной функции распре- З 1деления. Количество интервалов квантования равно числу потоков случайных импульсов, поступающих от блока1 ввода потоков случайных импульсов,числу элементов И блока 3, числу регистров 13 и схем сравнения 14. Это 4 Очисло обозначено символом и.Рассмотрим работу генератора с момента времени, когда на выходе счетчика б импульсов появляется сигналпереполнения, который устанавливаетв нуль все разряды регистра 5 номераэлементов И. Если во все разряды регистра 5 номера элементов И записанынули, то срабатывает блок 7 блокировки и открывает по блокирующему входу Оэлементы И блока 3. Блок 2 заданиядлительностей испытаний периодически вырабатывает и разрешающих сигналов, которые поступают на и элементов. И блока 3. Длительность разрешающего сигналаЦ , поступающего. на-й элемент И блока 3, определяетсякодом в -м регистре 13 и изменяетсяот значения величины Т - периодаследования сигйалов от генератора 11импульсов до величины Т(2 щ), где 60а - разрядность счетчика 12 импульсов.Разрешающие сигналы вырабатываютсяна выходах схем сравнения 14 в течение промежутка времени, когда величина кода текущего времени в счетчи ке 12 импульсов меньше или равна величине кода в соответствующем регист- ре 13 памяти. Таким образом, каждый из элементов И блока 3 оказывается открытым на интервал времени, определен- . ный кодом,хранящимся в соответствующем ей регистре 13, Первый же импульс,. поступивший от блока 1 ввода потоков случайных импульсов в течение времени проведения случайного испытания, когда элемент И блока 3 открыт по управляющему (от схем сравнения 14) и по блокирующему (от блока 7 блокировки), входам, проходит через один из элементов И блока 3 и шифратор 4 записывает. в регистр 5 номер того элемента И, через который прошел импульс. После этого содержимое регистра 5 памяти уже не является нулевым, поэтому срабатывает блок 7 блокировки, который запрещает по блокирующему входу работу элементов И блока 3, и до следующего случайного испытания состояние регистра 5 номера элементов И не изменяется.Вероятность того, что первым пройдет импульс,через -й элемент И блока 3, зависит от длительности разрешающего (управляющего) сигнала, поступающего на этот элемент И от соответствующей схемы сравнения 14 и, следовательно, от величины управляю- щего кода в 1-м регистре 13. Изменяя величины управляющих кодов в регистрах 13 можно управлять вероятностями того, что в регистре 5 номера элемента И записывается номер того или иного элемента И блока 3, т.е. формировать требуемую функцию распределения вероятностей.По сигналу переполнения счетчика б импульсов осуществляется перезапись нового содержимого регистра 5 номера элементов И в счетчик б импульсов и "обнуление" регистра 5 памяти и, как следствие этого, блок 7 блокировки разрешает работу блока 3, после чего начинается новое случайное испытание.Генератор 8 импульсов и счетчик б импульсов совместно осуществляют преобразование числа, записанного в счетчик б импульсов, во временной интервал между соседними сигналами формируемого предлагаемым генератором потока случайных импульсов, одновременно с этим проводится новое случайное испытание, в результате которого формируется новое случайное число (номер элемента И блока 3, через который прошел импульс), которое записывается в регистр 5. Интенсивность выходного потока случайных сигналов, формируемого предлагаемым генератором, регулируется путем изменения частоты следования сигналов, поступающих от генератора 8 импульсов, изменение частоты генера 997035тора 0 импульсов не влияет на вид воспроизводимой функции респределения вероятностей.Рассмотрим работу предлагаемого генератора в иестационарном режиме, т.е. процедуру перенастройки генератора на воспроизведение другой функции распределения вероятностей. Перенастройка осуществляется путем записи в регистры 13. управляющих кодов, соответствующих новой Функции , И) распределения. Быстрая перенастрой ка предлагаемого генератора с воспроизведения одной функции распределения на воспроизведения другой (время пе-, ренастройки равно времени записи в регистры 13 новых управляющих кодов) с помощью управляющей ЭВМ или другого средства формирования управляющих кодов позволяет формировать нестаци онарные потоки случайных импульсов.20Ниже приводятся математические соотношения, позволяющИе определить значения управляющих кодов, если задана функция распределения вероятностей. 25На фиг. 2 приведена временная диаграмма работы элементов И блока 3. На этой диаграмме показаны и случайных импульсных потоков, поступающих от блока 1 ввода потоков случайных импульсов, и и управляющих сигналов, поступающих от блока 2 задания длительностей случайных испытаний на управляющие входы элементов И блока 3.При наличии разрешающего сигнала от схемы 7 блокировки проводится случайное испытание, заключающееся в подаче и разрешающих сигналов на элементы И блоха 3 и в определении номера того элемента И, через который 40 прошел первый импульс в данном случайном испытании. При построении предлагаемого генератора.нестационарных по" токов случайных событий с цифровым управлением используется то обстоятельство, что вероятность поступления первым сигнала -го потока случайных импульсов на соответствующий элемент И блока 3 при проведении случайных испытаний зависит от со- у отношения длительностей управляющих сигналов, поступающих от блока 2 задания длительностей случайных испытаний на управляющие входы элемента И блока 3.Случайное испытание можно интерпретировать как процесс бросания в случайный момент времени йр точки одновременно на и независимых случайных импульсных потоков, временные интервалы между соседними импульса ми в которых имеют. плотности распределения вероятностей(Ч)(,Г (У),(Ч). Моменту со соответствует начало совместного воздействия на блок 3 элементов И разрешающего, сигнала от бло ка 7 блокировки и управляющих сигналов от блока 2 задания длительности случайных испытаний,Вероятность появления первьм после момента 1 импульса К-го потока определяется выражениемгде Г - длительность К-го разрешающего сигнала9 - длительность интервала времени между моментом й и моментом прихода первого импульса,фЧкЩ)= Як,1 Ч)Ф - плотность распреичвделения вероятностей интервала 9 для потокаОо с номером К)РК(9)фЩОИО - ФУнкЦиЯ РаСпРеО . деления вероятности интервалаЮдля потока сномером К,ЧЬ ЧЬкЬЙЧ - математическое .ожидание длительности интервала % междусоседними сигналами в потокес номером К,Используя выражение (1), можно для пуассоиовских потоков с интенсивностью ) получить Рекуррентную Формулу для расчета Ч исходя из вектора вероятностей Р, Рг Ри 1упорядоченного по возрастаний РР с (Рф Р.11 Л(а) " Гф- -Ь)(Р,-Р)причем рщ О; Р = О,Расчет Ф; проводится последовательно, начйная с Г и кончая 6 и,Этот расчет совместно с расчетомвероятностей для заданной функциираспределения, вероятностей целесообразно проводить с помощью ЭВИ, накоторую также возлагается пересчетинтервалов ; в управляющие коды поформуле(3)где К - величина управляющего кода вдесятичной системе счисления,Т - период следования сигналов,генератора 11 импульсов,Таким образом, в предлагаемом генераторе обеспечивается возможностьпрограммного управления видом воспроизводимой функции распределения вероятностей и ее числовыми характеристиками, а также Формирование нестационарных потоков случайных событий.В предлагаемом устройстве реализуется цифровой метод управления видом воспроизводимой функции распределениявероятностей и ее числовымихарактеристиками, позволяющий повысить точность воспроизведения требуемой функции распределения вероятностей, осуществлять оперативную пе-рестройку с одной Функции распределения на другую, испольэовать данноеустройство в комплексе с ЭВИ, Предлагаемое устройство содержит толькоодин датчик первичных потоков слу,чайных имцульсов (ДПСИ), причем:ин;тенсивиость его может быть постоянной 3 увеличение точности воспроизведения заданной функции распределения вероятностей за счет увеличе-ния числа интервалов квантования невлечет за собой увеличения числа ДПСИ, .Это обстоятельство определяет техно- .логичность предлагаемого устройства, 20 простоту его наладки. ИсПользование предлагаемого устройства в комплексес ЭВИ или другим источником управля; ющих кодов позволяет формировать не 25 стационарные потоки случайных импульсов.формула изобретения1Управляемый генератор потоков случайных событий по авт, св. 9 344431,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повьыения точности, блок зада"ния длительностч испытаний содержитгенератор импульсов, счетчик, группурегистров памяти и группу схем сравнения, выходы которых являются. выходомблока, выход генератора импульсов соединен со счетно входом счетчика,выходы которого соединены с первыми группами входов схем сравнениягруппы соответственно, вторые группывходов которых соединены с выходамисоответствующих регистров памятигруппы, входы, которых образуют информационный вход блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 344431, кл. С Об Г 7/58, 1970997035 юг. тавитель А ред К.иыць едактор Т. Веселов Заказ 935/б ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 104 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 3035, Москва, Ж, расов Корректор А. Гриценко Подписного комитета СССРий и открытийауыская наб., д, 4/5