Стохастический функциональный преобразователь

 

СТОХАСТИЧЕСКИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТ ВЛЬ, содержащий группу входных в€броятностных двоичных элементов и группу регистров, о т л и ч а.ю и и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения нелинейной полиномиальной зависимости требуемого порядка, он дополни- ,. тельнр содержит переключатель,узел памяти, группу узлов памяти и группу выходных вероятностных двоичных элементов,- причем в.ход переклю (Чателя является информационным входом стохастического функционального преобразователя, управляющий вход переключателя соединен с первьпл выходом узла памяти,.вход которого является управлякяцим входом стохастического функцирнального преобразователя элементов, а второй выход узла памяти соединен с управляющим входом первого регистра сдвига группы, управляющие входы осталь .ных регистров сдвига группы подключены к выходам соответствующих входных вероятностных двоичных элементов .группы, входы которых сое- « динены с выходРм переключателя,выСО ходы первого BxojqHoro вероятностного двоичного элемента группы подключены к информационным входам первохо регистра сдвига группы, разрядные сг BtJXOAH k-ro регистра сдвига группы соединены соответственно с разрядными входами (k+l)-ro регистра сдвига группы (,n-l) и входами соответствуюшего узла памяти группы , выхояВз которых соединены с вхо- Ю ьдамн соответствуюащх выходных вероят-. 1 ностных даричных элементов группы, вы.оо оо со 1 ходы которых являются выходами функ1ционального преобразователя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ)4АЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИК

359 G 06 F 7 58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ -СССР

ПЬ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ -И ОТКРЬПИЙ

F ò., - . (;щфщ с ф

Ы .)=.),"@ ., Н АВТОРСНОМЪ СВИДЕВ\ЬСТВУ р,: (21 ) 3385194/18-24 ,(22) 25.01.82 .(46) 15.06.83. Бюл. М 22 (72) B.Ï,Ãoíäàðåâ; И.Н.Федоренко и И.П.Подолько (71) Таганрогский радиотехнический институт им. B.Ä.Калмыкова (53). 681 142.3(088. 8) {56) 1..Федоров Р. Ф-, Яковлев В.В

Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. Л., Машиностроениеy, 1978, с. 28-30.

2. Утеуш Э.В. Введение в кибер;нетическое .моделирование. И., Энергия, 1971, с..159-160.

3. Яковлев В.В., Федоров Р.Ф, Стохастнческие вычислительные машины. Л,, Машиностроение, 1974,. с. 66, рис.33 (прототип). (54)(57) СТОХАСТИЧЕСКИИ ФУНКЦИОНАЛЬ»

Ный ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий группу входных вероятностных двоичных элементов и группу регистров, о т: л и ч а ю шийся тем, что, с целью .расширения функциональных возможностей:за счет получения нелинейной полиномиальной зависимости требуемого порядка, он . дополнительно содержит переключатель, узел памяти, группу узлов памяти и груп„.SUÄÄ 1023330 A пу выходных вероятностных двоичных элементов, причем вход переклю- чателя является информационным входом стохастического функционального преобразователя, управляющий вход переключателя соединен с первым выходом узла памяти,.вход которого является управляющим входом стохастического функционального преоб.разователя элементов, а второй выход узла памяти соединен с управляющим входом первого регистра сдвига группы, управляющие входы осталь.ных регистров сдвига группы подключены к выходам соответствующих входных вероятностных двоичных элементов .группы, входы которых сое- @

Ф динены с выходом переключателя,выходы первого входйого вероятностного двоичного элемента группы подключены к информационным входам первого С: регистра сдвига группы, разрядные выходы Х-го регистра сдвига груп- ф пы соединены соответственно с разрядными входами (k+1)-го регист.— ра сдвига группы (k=1,n-1) и входами. „ соответствующего узла памяти группы, выходы которых соединены с вхо- () дама соответствующих выходных вероятI ностных двоичных элементов группы, вы,ходы которых являются выходами функ(ционального преобразователя.

1023330

Известны вероятностные двоичные генераторы случайных последовательностей с пересчетом случайных импульсов за Фиксированный интервал времени, в состав которых входят генераторы шума и пороговые элементы, осуществляющие квантование непре рывного шумового сигнала по двум уровням(lj.

Однако эти вероятностные двоичные элементы требуют несколько тактов для получения одного выходного значения, чувствительны к изменениям параметров шума, имеют большую погрешность и возбуждают выходы только с веРоятностью 0,5.

-Известен автоматический вероятностный элемент, имеющий более расширенные функциональные возможности и включающий в свой состав генератор детерминированных периодических сигналов, триггер, частотомер,записи вающий вторичный прибор, регулятор, задатчик и реверсивный исполнительный механизм (2)

Данное устройство обеспечивает автоматическую стабилизацию вероятности появления импульсов в случайной последовательности и возможность изменения задания вероятности в шйроких пределах практически от 0 до 1 но требует больших затрат оборудования.

Наиболее близким к изобретению является вероятностный преобразователь, содержащий группу преобразователей код — вероятность, в состав каждого из которых входит ре.гистр сдвига и вероятностный двоичный элемент. В регистре содержится код подлежащего преобразованию детермированного числа A. Случай- ное число формируется во вероятностном двоичном элементе (втором регистре), выполняющем роль генератора случайных сигналов. Процесс, протекающий здесь, состоит в том, что система в дискретные моменты времени переходит из одного состояния в другое, Случайное двоичное число Х в каждом такте сравнивается с кодом детерминированного числа

А. В случае, если .X % A на выходе схеьы сравнения появляется символ 1, в противном случае — 0 .

TBK как каждая двоичная комбинация ка одном входе схемы сравнения равновероятна, то единицы на выходе

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено ,для использования в качестве управляемого вероятностного коммутатора и генератора случайных двоичных последовательностей при решении ши1рокого класса задач обработки информации, схемы появляются с .вероятностью, пропорциональной входному числу A.

Этот вероятностный двойной эле-. мент позволяет преобразовать детер. Ьлйнированную величину в случайный импульсный поток, При этом между входной и выходной величинами реализуется линейная зависимость (,33.

Однако между входной и выходной (величинами известного устройства

10 не может быть реализована функциональная зависимость, что ограничива;ет его возможности.

Целью изобретения является рас- ° ширение функциональйых возможностей

« 15 за счет получения нелинейной полиномиальной зависимости требуемого порядка.

Эта цель достигается тем, что в стохастический функциональный преобразователь, содержащий группу входных вероятностных двоичных элементов и группу регистров, введены переключатель, узел памяти, группа узлов памяти и группа выходных вероятностных двоичных элементов, причем вход переключателя является информационным входом стохастического преобразователя, управляющий вход переключателя соединен с первым выходом узла памяти, вход которого является управляющим входом стохастического функционального преобразователя элементов, а второй выход узла памяти соединен с управЗ5 ляющим входом первого регистра сдвига группы, управляющие входы осталь- . ных регистров сдвига группы подключены к выходам соответствующих вход» г ных вероятностных двоичных элемен4() тов группы, входы которых соединены с выходами переключателя, выходы первого входного вероятностного двоичного элемента группы подключены к информационным входам

45 пеРвого, Регистра сдвига груйпы, разрядные выходы k-го регистра сдвига группы соединены соответственно с Разрядными входами (1+1)— го регистра сдвига группы (k=1,n-1) и входами соответствующего узла памяти группы, выходы которых соединены с входами соответствующих выходных вероятностных двоичных элементов группы, выходы которых являются выходами функционального преобразователя.

На чертеже изображена схема предлагаемого преобразователя, . Схема содержит информационный вход 1, переключатель 2,вероятност60 ные двоичные. элементы 3, регистры

4 сдвига, узлы 5 памяти, выходные вероятностные двоичные. элементы б, узел 7 памяти, управляющий вход 8.

В преобразователе вход 1 через 5 переключатель 2 подключен к входам

1023330

35

{,если б; =х4

О, ЕслИ f,; х„(4) 40

50 входных вероятностный двоичных эле« ментов 3; Выходы первого из них подключены к информационным входам первого из последовательно соединенных по разрядным выходам- входам регистров 4 .сдвига. Выходы последних через соответствующие последовательно соединенные узлы 5 памяти и выходные вероятностные двоич-. ные элементы.б подключены к выходу преобразователя. Управляющий вход первого регистра 4 сдвига подключен к второму выходу узла 7 памяти, пер вый выход которого подключен к уп. равляющему входу переключателя 2, а выход является управляющим вхо- {5 дом преобразователя. Управляющие входы. остальных регистров 4 подключены к выходам соответствующих вероятностных двоичных элементов 3.

В основу одного из режимов ра- 20 боты преобразователя положена аппроксимация вероятностей{ возбуждения каждого выхода полиномами

Бернштейна юторые легко реализуются с по мощью операции биномиальной Рь!х)=(„) " (1-.х)" " «) суперпозиция дискретных опорных вероятностей

P(jik)=P ("„). (y)

Система !биномиальных распределе,ний (2) при этом. получается путем параллельного сравнения входных х„. и вспомогательных случайных 1сигналов, а также подсчетадешифрации и

=,X. („. (g) .полученных результатов. Законы рас-

{пределения выходных сигналов в результате выполнения алгоритмов (4),(5) в данном -случае определяются теоремами о повторении опытов и операций композиции вероятностей появления единичных и нулевых значений, получаемых-с помощью вероятностных двоичных элементов. Для формирования системы дискретных опор ных вероятностей (3) можно использовать блоки памяти и вероятностные двоичные элементы, принпипы 60 работы которых описаны.

Преобразователь работает следующим образом, На вход 1 поступает значение вход. ной величины х. Через переключатель

4 2 это значение поступает на входы . scex входных вероятностных двоичных элементов. 3, где Преобразуется в импульсные потоки с вероятностями появления единиц, прямо пропорциональными входной величине х. Полученные случайные импульсные потоки с выходов входных вероятностных двоичных элементов поступают на входы регистров 4 сдвига своего яруса. Регистр 4 первого яруса при этом принимает информацию с первого вероятностного двоичного элемента и служит для задания начального состояния. Каждый последующий регистр осуществляет сдвиг предыдущей информации. В результате с их помощью осуществляется операция подсчета-дешифрации количества единиц на выходах входных вероятностных двоичных элементов 3.

Причем в каждый момент времени воз буждается один из выходов каждого регистра 4 °

Сигналы с выходов регистров 4 поступают в узлы 5 памяти своего . яруса. В зависимости от возбуждения тех или иных выходов регистров

4 каждого яруса с узлов 5 памяти считываются определенные значения, которые поступают в выходные вероятностные двоичные элементы б,где формируются соответствующие опорные вероятности {Р(3gf) и передаются на выход устройства. В результате перечисленных операций в формирователе проводится вероятностное биноминальное подключение опорных распределителей (3), чем обеспечивается в ярусах 1,2,...,n реализация полиномов Бернштейна первой, : второй, ° .., n-й степени.

Задание УПравляющих воздействий осуществляется с входа l или узла

7 памяти. В этот узел по входу 8может быть записана программа выдачи управляющих воздействий, а также программа задания исходного состояния первого регистра 4.

Рассматриваемое устройство допус-. кает и другие режимы работы, так, если на входные вероятностные двоичнйе элементы подавать одинаковые х или разные х; входные значения и

1 использовать вспомогательные, случайные сигналы с отличными от равномерного распределениями, можно легко получить следующие вероятностные появления единичных и нулевых эначенийз где F (x- ) — функции распределения вспомогательных случайных сигналов.

1023330

Составитель В.фукалов

Редактор м.Бандура техред T..ìàòî÷êà корректор Г. orap

Заказ 421.4/34 Тираж 70б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенИй И Отирйтнй

113035, Москва, Ж-35, РаУшская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

В итоге вероятности (2) принимают вид

9(xIx,э)=("„)Р" (хяh-r-(x)g" " (8 и 5

" P(1x,и) =Х П Г;," ()9-1„(у)1 „1 (9)

P (1xÄ ., x,) = X, и x " р- „)", (ю)1 10

I, (к х„,, y„) = x и р 1 („.,)

С(+...4С(ц= (1=1

"9-г(х;)1 "," (ц) i

РИ!ч„,...,х„)=7. 0 r-" (y;) с(14....+cly -К 1- I

"Г4- (х„))" ", (а что значительно расширяет функциональ| ные воэможности устройства.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа. Так, например, .при использовании нескольких вероятностных двоичных элементов на их выходах получаем только набор дискретных опорных вероятностей.

Введение операции биномиальной супер-. позиции опорных вероятностей открывает возможность аппроксимации этих вероятностей полиномами Бернштейна, т.е. вероятности становятся функционально зависимы от входных значений.

Это позволяет считать предлагаемое устройство блоком вероятностных двоичных элементов с линейной,квадратичной,..., параболической зависимостями вероятностей появления единиц в каждом ярусе.