Устройство для решения задач планирования экспериментов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

Союз Советски к

Социалистических республик ()1)I10011О6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 23.10.81 (21) 3348028/18-24 (5l)M. Кл. с присоединением заявки,гм—

G 06 F 15/20

Гесударстеаввмй камвтет

СССР ве илам кзобретеккй к еткрмткк (23) П риори гет—

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень Рй 8

Дата опубликования описания 28.02.83 (оо) ЛК 681.325. .22 (088.8)(72) Авторы изобретения

Л. С. Полосина и В. Г. Полосин

/ (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ!

Изобретение огносигся к вычислитель ной технике и может быть использовано цля решения планирования экспериментов, провоцимых при исследовании сложных сисгем.

Известно решение подобных задач на универсальных цифровых вычислительных машинах. При этом планирование экспериментов основано на использовании логических алгоритмов перебора различных значений исхоцных параметров, а также на решение оптимизационных зацач (1 .

Использование универсальных цифровых машин не всегда возможно иэ-эа их высокой стоимости. Кроме того, решение подобных 1 задач на универсальных ЭВМ требует значительных затрат времени и оперативной памяти, что не позволяет испольэовагь их цля решения задач подыгрыша исхоцной информацит ;при. провеце» щ нии испыганий различных систем в реал ном масштабе времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности является устрсй

2 ство, соцержашее генератор импульсов, счетчик, блок памяти, блок вычитания, I цва блока деления, причем первый вход генерагора импульсов является одним иэ входов устройства, выход генератора им пульсов соецинен с входом первого счет чика 2).

Известное устройство не позволяет получить кодирование значения факторов и облацает нецостаточной произвоцительнесгью, Бель изобретения - повышение произ» воцигельности.

Поставленная цель цостигаегся тем, что в устройство цля решения зацач пла пирования экспериментов, соцержашее генератор прямоугольных импульсов, первый счетчик и первый блок памяти, блок индикации, причем первый sxoII генератора прямоугольных импульсов является первым вхоцом устройства, выход соединен с входом первого счетчика, ввецены три суммагора, пять схем сравнения, буферный регистр, вгорью, трегьи и четвертью

3 100110 счетчики и блоки памяти, причем первые входы первого, второго и четвертого блокев памяти являются соответственно вторым, третьим и четвертым вхоцами устройства, первый выхоц первого счетчика соецинен с вторым вхоцом первого блока памяти, второй выход первого счетчика соединен с первым вхоцом первой схемы еравнения, второй вхоц которой соединен с выходом первого блока памяти, первый вьмЬд первой схемы сравнения соецинен с вторым вхоцом генератора прямоугольных импульсов, второй выхоц первой схемы сравнения соециненс первым: вхоцом второго счетчика и с вторым входом второго блока памяти, первый выхоц которого соединен с первым входом третьего блока памяти, первый выход которого соединен с.вторым входом второго счетчика, выход которого соецинен с первым вхоцом второй схемы сравнения, третий ахоп второго счетчика соединен с первым выхоцом третьей схемы сравнения, второй выход которой соеди нен с вгорым вхоцом третьего блока памяти, второй выхоц которого соецинен с входом третьей схемы сравнения, третий вхоц третьего блока памяти соединен с первым выходом второй схемы сравнения, второй выхоц которой соединен с четвертым вхоцом третьего блока памяти, третий выход которого соедгчен с входом первого сумматора, второй выход второго блока памяти соецинен с первым входом второго сумматора, третий выхоц второго блока памяти соединен с первым входом третьего сумматора, выхоц первого сумматора соецинен с первымвхоцом третьего счетчика, второй вхоц третьего счетчика и первый вхоц четвертого счетчика соецинены соответственно с выхоцами второго и третьего cyMMaropos, второй вхоц четвертого счетчика соецинен с выхоцом второго сумматора, третий ахоп третьего счетчика соецинен с выходом второго сумматора, четвертый ахоп третьего счетчика соецинен с первым выхоцом четвертой схемы сравнения, первый вхоц которой соединен с вьмоцом третьего счетчика, второй вхоц четвертой схемы сравнения соецинен с первым выходом четвертого блока памяти, второй выхоц которого соецинен с вторым вхоцом второй схемы сравнения, второй вьмод четвертой схемы сравнения соединен с вторым вхоцом второго сумматора, выхоц которого соединен с вторым входом третьего суммагора, третий вход которого соецинен с выхоцом первого сумматора, 6 4 третий выхоц четвертого блока памяти соединен с первым вхоцом пятой схемы сравнения, вгорой вход которой соединен с выхоцом четвертого счетчика, первый выхоц пятой схемы сравнения соецинен с четвертым вхоцом третьего сумматора, выхоцкоторого соецинен с входом буферного регистра, первый выход которого соецинен с третьим вхоцом четвертого счегчика, второй выход буферного регистра соединен с входом блока инцикации, второй выход пятой схемы сравнения поцключен к третьему вхоцу генератора прямоугольных импульсов.

На чертеже прецставлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счегчик 2, блок 3 памяти, схему 4 сравнения, блоки 5 и 6 памяти, счетчик 7, схемы 8 и 9 сравнения, сумматор 10, счетчик

11, схему 12 сравнения, сумматор 13, блок 14 памяти, счетчик 15, схему 16 сравнения, сумматор 17, буферный регистр

18, блок 19 индикации.

Генератор импульсов выполнен на интегральных схемах. Блоки 3 и 14 памяти прецставляют собой регистровую память выполненную на интегральных схемах.

Блок 5 памяти выполнен в вице матрицы, в строках которой натуральные значения факторов. Количество строк в матрице соотвегствует количеству опытов в экспе рименте.

Количество столбцов соответствует

/ количеству факторов в опыте, Для повышения быстродействия при расчете коэффициентов регрессии необхоцимо произвоцить коцирование факторов, т,е. значение независимой переменной в натуральном масштабе заменять на кодированное. Коцирование факторов производится по слецуюшему алгоритму: п Х Х ° . — 17611 Х ..

h x.. х .-Р.

1) Ij х.. = — (;=1,ь )

ij

1 гце г1 - количество опытов в эксперименте;

rn - количество факторов в опыте;

X; - натуральные значения факторов;

g?. - коцированные значения факто(1 = l,h = l,iï).

Устройство работает слецуюшим образом.

10011 х Р. 1-min Гх.< Ч3 i t Ч Затем к соцержимо- >>

2 мому счетчика 11 цобавляегся ециница.

На схеме 12 сравнения производигся

Перед началом работы в блок 3, памяти заносится значение гп, в блок

14 памяти заносится значение .e . В блок

5 памяти заносятся значения элементов матрицы и X >j И ° Состояние счетчиков

2, 7, 11 и 15 устанавливается равным нулю.

Сигнал Пу"ск поступаег на вхоц генератора 1, с когорого поступает на вход счетчика 2. При этом соцержимое счет- Ю

-чика 2 устанавливается равным ецинице.

На схеме 4 сравнения происходит сравнение соцеркимого блока 3 памяти и результага счегчика 2 (<гп). При 1>m сигналом со схемы 4 сравнения прекращается работа генератора 1. При $ < tn по сигналу схемы 4 сравнения к содержимому счегчика 7 цобавляегся единица, а из блока 5 памяти считываются в блок

6 памяти элементы g-го столбца магри-20

mg ()x> Ц . В схеме 9 сравнения проиэвоцится сравнение соцержимого первой и вгорой ячеек блока 6 памяти.

Если соцержимое первой ячейки блока

6 памяти меньше или равно содержимому И вгорой ячейки, то к соцержимому счегчика 7 прибавляется ециница. При этом в схеме 8 сравнения производится сравнение соцержимого второго счетчика 7 с содержимым блока 14 памяги. Если соцержи- 30 мое счетчика 7 меньше соцержимого блока 14 памяти, то из блока 6 памяги на схему 9 сравнения считываегся содержимое второй и третьей ячеек. Если соцержимое первой ячейки блока 6 памя- З е ти больше соцержимого вгорой ячейки блока 6 памяги, го в первую ячейку блока

6 памяги заносится содержимое второй ячейки, а во вгорую — содержимое первой ячейки. Одновременно к содержимому о счетчика 7 добавляется ецинипа и r.ц. цо гех пор, пока содержимое счетчика 7 станет равным содержимому блока 14 памяги. Тогца на суммагор 10 поступает содержимое первой и послецней ячеек блока 6 памяти. В результате рабогы блоков 6 — 9 в первой ячейке блока 6 памяти находится минимальное значение из элеменгов 1-го столбца матрицы, т.е. п1М(Х .), а в послецней ячейке ( второго блока 6 памяти находится максимальное значение из элементов -го столбца магрибы, r.е. mar($X j).

В сумматоре 10 произвоцится действие

06 4 сравнение соцержимого счетчика 11 с содержимым блока 14 памяти. При и на сумматоре 13 произвоцится накоплеП ние суммы, - jj . При t ) è состоХ ° °

1=1

ll яние счетчика 11 усганавливается равным нулю. Сигналом с сумматора 13 к счет» чику 15 прибавляется ециница. На схеме

16 сравнения произвоцится сравнение результата счетчика 15 и соцержимого блока 14 памяти.

При 1 < и в сумматоре 17 .щэизво»

1) j дится цействие, rae Хц - эле3 мент первого (j-го) отонбне метрннм

Ц XцЦ, находяшейся в блоке 5 памяти, р1 р эультат сумматор 13 3; рзультаг суммагора 10.

Результат сумматора 17 записывается в буферном регисгре 18. При t)A сосгоякие счетчика 15 устанавливаегся равным нулю, а генератор 1 выцает второй им» пульс, по которому соцержимое счетчика

2 сгановится равным цвум и устройство процолжаег работу по алгоригму, описанному выше.

Генератор 1 прекрашаег работу, когда значение счетчика 2 станет равным щ.

Тогца на блоке 19 инцикации высвечиваются значения результата — коцирован» ные значения факторов (магрица ц Х1 Ц ).

Оценка предложения проводилась мегоцом математического моцелирования, которым была подтверждена работоспособность прецлагаемого устройсгва и его более высокая произвоцигельность по сравнению с извесгными устройствами, Результаты математического моцелирования показали, что изобретение повышает бысгроцействие вычислительных машин на 20-26%.

Кроме гого, использование предлагаемого изобретения позволяег расширить класс решаемых зацач за счет возможносги вычисления коцированных значений факторов, что значительно повышает быстродействие при решении эацач планирования экспериментов.

Формула изобретения

Устройсгво цля решения эацач плани-. рования эксперименгов, соцержашее генератор прямоугольных импульсов, первый счетчик и первый блок памяти, блок инцикации, прячем первый вход генерагора прямоугольных импульсов является пер7 10011 вым входом устройства, BblxoQ соединен с вхоцом первого счетчика, о т л и ч аю ш е е с я тем, что, с целью повышения производительности, в него введены три сумматора, пять схем сравнения, буферный регистр, вторые, третьи и четвертые счетчики и блоки памяти, причем первые входы первого, второго и четвертого блоков памя.ти являются соответственно вторым, третьим и четвертым вхо- 1И цами устройства, первый выход первого счетчика соединен с вторым вхоцом первого блока памяти, второй выхоц первог счетчика соединен с первым входом первой схемы сравнения, второй вход которой,: 15 соецинен с выхоцом первого блока памяти, первый выхоц первой схемы сравнения соецинен с вторым входом генератора прямоугольных импульсов, второй выхоц йервой схемы сравнения соецинен с первым 26 входом второго счетчика и с вторым вхоцом второго блока памяти, первый выхоц которого соецинен с первым вхоцом третьего блока памяти, первый выход которого соецинен с вторым вхоцом вто- 25, рого счетчика, выхоц которого соединен с первым входом второй схемы сравнения, третий вход второго счетчика соецинен . с первым выхоцом третьей схемы сравнения, второй выхоц которой соединен с щ вторым входом третьего блока памяти, второй выход когорого соединен с вхоцом третьей схемы сравнения, третий вхоц трегьего блока памяти соецинен с первым выхоцом второй схемй сравнения, второй выхоц которой соединен с четвертым вхоцом третьего блока памяти, третий выхоц которого соецинен с входом первого сумматора, второй выхоц второго блока памяти соединен с первым входом второго сумматора, третий выхоц второго блока памяти соединен с первым входом третьего сумматора, вьмоц первого сумматора соецинен с первым входом треть

06 8 его счетчика, второй вхоц третьего счетчика и первый вход четвертого счетчика соецинены соответственно с выхоцами второго и третьего сумматоров, вгорои вход четвертого счетчика соецинен с выхоцом второго сумматора, третий axon третьего счетчика соединен с выходом второго сумматора, четвертый вход rpert его счетчика соецинен с первым выхоцом четвертой схемы сравнения, первый вход которой соецинен с выхоцом третьего счетчика, второй вхоц четвертой схемы сравнения соецинен с первым выхоцом четвертого блузка памяти, второй выхоц которого соединен с вторым вхоцом второй схемы сравнения, второй выход чеч вертой схемы сравнения соецинен с вторым вхоцом второго сумматора, выхоц которого соецинен с вторым вхоцом третьего сумматора, третий sxoa которого соеци,нен с выхоцом первого сумматора, третий выхоц четвертого блока памяти соецинен с первым вхоцом пятой схемы сравнения, второй вхоц которой соецинен с выхоцом четвертого счетчика, первый выхоц пятой схемы сравнения соецинен с четвертым вхоцом третьего сумматора, выход которого соединен с входом буферного регис ра, первый выхоц которого соецинен с третьим вхоцом четвертого счетчика, второй выхоц буферного регистра соецинен с вхоцом блока индикации, второй выхоц пятой схемы сравнения поцключен к третьему вхоцу генератора прямоугольных импульсов.

Источники информации, е принятые во внимание при экспертизе

1. Ацлер Ю. П., Маркова Е. В„

Грановский Ю. B. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.

М., "Наука, 1976. с. 72.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2930157/18-24, кл. Q 06 F 15/20, 1980. (прототип).

1001106

Сосгавитель A. Жеренов

Рецакгор И. Сгашишина Texpea М.Коштура Корректор О. Билак

Заказ 1397/56 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Госупарсгвенного комитета СССР по целам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., a. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгороц, ул; Проектная, 4