Генератор случайных временных интервалов

 

А. В. Маргелов, Л. Н. Мельников, В. В. Иеболков

И В. В. Ветер (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение 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 сравнительно просто получить поток временных интервалов, распределенных по закону

Эрланга, причем порядок потока определяется разрядностью счетчиков и дешифратора и может оперативно изменяться (1) .

Недостатком генератора является 15 невозможность перестройки генЕратора на другие законы распределения.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор, в состав которого входят датчик равномерно распределен-20 ных случайных чисел, функциональный преобразователь, состоящий из дешифратора, 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 ocv- 30 ществляет преобразование n-разрядных случайных чисел с равйомерным эа» коном распределения в m-разрядные случайные числа, распределенные ?ro заданному закону, которые поступают в счетчик времени, отрабатывающий временной интервал пропорционально поступающему числу.

Эначения аппроксимированной ступенчатой функции распределения к (2) хранятся в наборном поле функционального преобразователя, выполненном в виде диодной матрицы иэ п столбцов и тп строк, причем и m. Число точек разбиения k 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 преобразователе, для которого удвоение числа точек разбиения приводит ф 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 (2).

Недостатком генератора является не",74648?

t0

15.»ВЙФМЙ««»; «» »%. - .: Ф» ..«й««д;..: -.,=.: — .::.. " . «« .»«,.««».

1 достаточная точность аппроксимации задавае аах 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 . группу элементов И, вторую группу элементов И, счетчик, первый генератор, генератор импульсов, первый и второй формирователи импульсов, причем разрядные выходы датчика равномерно ðàñйределенных случайных чисел подключены к входам функционального преобразователя, выходы которого подключены к первым входам элементов И первой группы, выходы которых подключены к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И второй группы, первые входы которых подключены к раз рядным выходам блока задания начальных условий, счетный вход счетчика,25 подключен к выходу генератора импульсов, выход счетчика подключен к счетному входу первого триггера, введены генератор равновероятных потенциалов, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, Зр второй 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 З5 и к счетному входу второго триггера, единичный выход которого подключен к входу вычитания счетчика и к третьим входам второго, третьего, четвертого элементов И, а нулевой выход — к входу сложений счетчика и к третьему вхо-@ ду первого элемента И, нулевой выход первого триггера подключен к вторым входам второго и третьего элементов

И, нулевой выход генератора равновероятных потенциалов подключен к чет- 4$ .вертым входам первого и третьего элементов И, а единичный выход — к чет:вертым входам второго и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам пер- у ного элемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам элементов

И первой группы, выход третьего элемента И подключен к входу первого Формирбвателя 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 распределенных случайных чисел, выход второго элемента ИЛИ подключен к выходу генератора" и "к входу"второго формирователя импульсов, вых«од» icoTopoI подключен к нулевым входам триггеров, . -- б5

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, перную группу элементов 3 И, счетчик 4, блок 5 задания начальных условий, втоpyio группу элементов б И, генератор

7 импульсон, генератор 8 равновероятных потенциалов, первый формирователь

9 импульсов, второй Формирователь 10 ймпульсов, триггер 11, дополнительный триггер 12, элементы 13, 14, 15 и 16 И, элементы 17 и 18 ИЛИ. Генератор равновероятных потенциалов состоит из генератора 19 случайной пачки импульсов и триггера 20.

Выходы датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел подключены к входам функционального цифрового преобразователя 2, выходы которого подключены к первым входам элементов

3 И первой группы, выходы которых подключены к выходам элементов б И второй группы и к разрядным входам счетчика 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 и к входу сложения счетчика 4, а единичный выход к входу нычитания счетчика

4 и к входам элементов 14, 15 и 16 И, нулевой выход триггера 11 подключен к выходам элементов 14 и 15 И, первый выход 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 элемен ra 17 или подключен ко нторым входам элементов 3 И, выход элемента 15 И подключен к входу формирователя 9 импульсов, выход которого подключен к входу элемента 18 ИЛИ,другой вход которого подключен к выходу элемента

16 И, выход элемента ИЛИ 18 подключен к выходу генератора и к входу, форькрователя 10 импульсов, выход которого подключен к нулевым входам триггера 11 и 12, втОрые входы элементов И б подключены к дополнительному выходу датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел.

В предлагаемом генераторе для повышения точности аппроксимации исполь- . зуется симметрия функций плотности, относительно математического ожидаййя таких расйределе," ий как нормальное распределение, распределение Симпсона, распределение Максвелла и т.д.

Использование симметрии позволяет ап746482 проксимировать лишь одну иэ ветвей функции плотности, а вторую получать . путем арифметических операций над первой. В предлагаемом генераторе аппроксимируется левая ветвь функции плотности, а правая образуется путем сложенИя математического ожидания случайной величины Тм и разности между математическим ожиданием и соответствующем значением аргумента левой ветви Т„; по формуле

Тп. = ) м ((м-Тл„ "1 2, " 2 где Т„; - значение аргумента правой ветви в i-той точке.

Этот прием позволяет в предлагаемом генераторе удвоить число точек разбиения при аппроксимации симметричных эаконов, по сравнейию с известным генератором:,в итоге повысить точность аппроксимации без существенного увеличения расхода оборудования, или же существенно сократить расход оборудования при том же числе точек разбиения.

В отличие от прототипа ступенчатая функция К (Z) с числом точек разбиения 5

2, соответствующая функции плотности

R(t), фиксируется в диодной матрице функционального преобразователя лишь для левой ветви функции плотности поддиапазона Т вЂ” Т . 30

Датчик 1 равномерно распределенных чисел формирует: в начале каждого цикла за время 1, случайное число i u выдает его n-разрядным параллельным импульсным кодом в функциональный циф-35 .ровой преобразователь 2, Одновременно " с кодом i с дополнительного выхода датчика 1 на вторые входы элементов И второй группы поступает импульс записи, который производит запись кода 40

;7,, соответствующего начальному интервалу Т в реверсивный счетчик 4. Счетчик 4 начинает считать импульсы в режиме сложения пока не переполнится.

Импульс переполнения на выходе счет чика свидетельствует об окончании отработки интервала То. Одновременно с отработкой Т в преобразователе 2 за время tn происходит преобразование п-разрядного кода х; в m-разрядный код Z „ по 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.чкй:многократно 60 переполняется, что является необходимым условием для получения равновероятных событий. Вероятность пребывания триггера 20 в состоянии 0 после счета импульсов случайной пачки, рав- 65

l на вероятности его пребывания в состоянии 1. Потенциелы 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

T - 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 Z; 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, а триггер

12 в . 1 . и поступает через элемент

15 И, формирователь 9 импульсов, элемент 18 ИЛИ на выход генератора.

Если триггер 20 в состоянии l то генератор отрабатывает случайный временной интервал:Т; в поддиапазоне

Т вЂ” T >„. Интервал Т< в этом режиме работы генератОра получается как,c ì-. ма двух интервалов -. фиксированного интервала равного (T То ) и интервала Т;, задаваемого случайным числам Z; . Ймпульс переполнения после обработки Т переключает триггер 11 в 1, но на запись кода 2, не поступает, так как все элементы 13, 14, 15 и 16 И закрыты. Поэтому счетчик

4 отрабатывает временной интервал (Т - То), равный 2 д Т, где д,Т вЂ” период поступления импульсов от генератора 7. После счета 2 импульсов счетчик 4 переполняеся, импульс переполнения переключает триггер 11 в 0, триггер 12 в 1 и поступает через элемент 14 И, элемент 17

ИЛИ на запись кода Z . Реверсивный счетчик 4 отрабатывает код Z; в режиме вычитания, так как потенциал верхнего уровня с единичного выхода триггера 12 поступает на вход вычитания счетчика 4. После отработки интервала Т(третий импульс переполнения переключает триггер 11 в . 1 и поступает через элемейт 14 И, элемент

l8 ИЛИ на выход генератора и, задер" жавшись на длительность импульсов пепереполнения tg формирователем 10 импульсов, сбрасывает триггер 11 и 12 в 0 .

746482

Таким образом, 1 вверсивный счетчик

4, при выдаче гене1атором интервала, относяшегося к .под;;иапазону Тр

=йерей»олйяется дви@(и," а в "пбддиапазоне Т,„- Т„,,„трижды. Поэто Щ" к йа- чальйому интервалу Т© прибавляется дополнительный интервал Т, в первом случае равный 2t„, а в во втором"случае 3t . Чтобы сКомпенаирова»ть- разницу в одну,.лительность импульса введен формирователь 17 импульс»ов,"вйо сящий задержку íà t„.

Введение в состав генератора триг"г»ера, четырех элементов И, двУх "эл»е»- ментов ИЛИ, генератора равнОвЕроятных, потенциалов позволяет повысить точ ность аппроксимации для симметричных -"законов распределения. Для нессиметричных функций плотности обесПечйвается нормальная работа генератора подачей на нулевой вход триггера 12 по- 2О тенциала, запрещающего счет трех импульсов и работу"реверсивного счетчика в режиме вычитания.

Формула изобретения

Генератор случайных временных» ин- тервалов, содержаций датчик равномерно распределенных случайных чисел, 30 функциональный преобразователь, блок задания начальных условий, первую группу элементов И„ вторую группу элементов И, счетчик, первый триггер, генератор импульсов, первый и второй З5 формирова."ели импульсов, причем разрядные выходы датчика равномерно распределенных случайных чисел подключены к входам функционального преобразователя, выходы которого подключе- @ ны K первым вхоцам элементов И первой группы, выходы которых подключе ны к разрядным входам счетчика и к выходам элементов И второй группы, первые выходы которйх йодключены к разрядным выходам блока задания начальных условия, счетный вход счетчика подключен к выходу генератора импульсов, выход счетчика подключен к счетному входу первого триггера, о т личающийся тем,что,с целью повышения точности айпроксимации симметричных законов распределения, в него введены генеоатор равновероятных потенциалов, четыре элемента

И, два элемента HPÈ, второй 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 и к счетному входу второго триггера, единичный выход которого подключен к входу вычитания счетчика и к третьим входам второго, третьего и четвертого элементов И, а нулевой 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, нулевой выход генератора равновероятных по тенциалов подключен к четвертым входам первого и третьего элементов

И, а единичный выход к четвертым входам второго и четвертого элементов

И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторым входам элементов И пер- вой группы, выход третьего элемента

И 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 входу второго формирователя импульсов, выход которого подключен к нулевым вхо дам триггеров.

Источники информации, принятые Bo Bíêìàíèå при эксперти, 1. Авторское свидетельство СССР

9 494742, кл. G 06 F l/02, 1974.

2. Авторское свидетльство

9 440662, кл G 06 F 1/02, 1973 (прототип) .