Генератор случайных чисел

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти, блок регистрации , отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора и повышения его быстродействия, он содержит два реле, генератор тактовых импульсов, вы 1итатель, квадратор , блок возведения в куб, умножитель , сумматор и блок управления содержащий два триггера, формирователь импульсов, третье репе и четыре элемента И, вход Пуск генератора через переключатель соединен с входом Пуск генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с счетным входом первого триггера , единичный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с счетным входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым адресньм входом блока памяти и с входом Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым информационным выходом блока памяти, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И и с входом первого реле, выход второго элемента И сое (Л динен с входом второго реле и с третьим адресным входом блока памяти , выход третьего элемента И соединен с входом третьего реле, первый выход вычитателя через размыкающий контакт первого реле соединен с первым входом умножителя, второй выход вычитателя через замыкающий контакт со первого реле соединен с входом квадратора , выход которого через размыкаюсо щий контакт второго реле соединен с вторым входом умножителя, третий ;о выход вычитателя через замыкающий контакт второго реле соединен с входом, блока возведения в куб, выход которого соединен с третьим входом умножителя, второй информацион , ный выход блока памяти соединен с первым входом сумматора, третий, четвертый и пятый информационные выходы блока памяти соединены соответственно с четвертым, пятъщ и шестым входами умножителя, выход

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) И А зу11 G 06 F 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 3564951/18-24 (22) 21.03.83 (46) 23.06.84 . Бкл. № 23 (72) Л.А.Иартьпценко, В.В.Панов, А.Е.Филюстин, Н.А.Проскурин и Н.С.Косиненко (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 401985, кл. G 06 F 7/58, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 444 176, кл . G 06 F 7/58, 1973 (прототип). (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти, блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора и повышения его быстродействия, он содержит два реле, генератор тактовых импульсов, вычитатель, квадратор, блок возведения в куб, умножи.тель, сумматор и блок управления содержащий два триггера, формирователь импульсов, третье реле и четыре элемента И, вход "Пуск" генератора через переключатель соединен с входом "Пуск" генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с счетным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с счетным входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым адреснь.м входом блока памяти и с входом "Опрос" датчика равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым информационным выходом блока памяти, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И и с входом первого реле, выход второго элемента И соединен с входом второго реле и с третьим адресным входом блока памяти, выход третьего элемента И соединен с входом третьего реле, первый выход вычитателя через размыкающий контакт первого реле соединен с первым входом умножителя, второй выход вычитателя через замыкающий контакт первого реле соединен с входом квад- . ратора, выход которого через размыкаю-: щий контакт второго реле соединен с вторым входом умножителя, третий выход вычитателя через замыкающий контакт второго реле соединен с входом блока возведения в куб, выход которого соединен с третьим входом умножителя, второй информацион, ный выход блока памяти соединен с первым входом сумматора, третий, четвертый и пятый информационные выходы блока памяти соединены со.ответственно с четвертым, пятым и шестым входами умножителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого через замыкающий контакт третьего реле

3099319 соединен с входом блока регистрации, выход которого является выходом ге-, нератора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода

5 обратных функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.ЛИ).

Известен генератор случайных чисел, содержащий источники шума, интеграторы, блоки дифференцирования, элементы И, триггеры, ключи, генератор тактовых импульсов )1) .

Однако данный .генератор позволяет получать только равномерно рас- 15 пределенные случайные числа.

Наиболее близким техническим решением. к предлагаемому является генератор случайных чисел, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти, блок регистрации, элементы И, интегратор, ключи, блок сравнения, генератор линейно изменяющегося напряжения (21 .

Однако данный датчик весьма сложный по конструкции и не обладает высоким быстродействием. Кроме того, он не имеет возможности формировать случайные числа с законами распределения, заданными неявно (системой моментов случайных величин, эмпирической функцией распределения, дифференциальным уравнением относительно плотности распределения и др.).

Цель изобретения — упрощение генератора и повышение.его быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в,генератор случайных чисел, содержащий переключатель, датчик равномерно распределенных случайных чисел, блок памяти,; блок регистрации, введены два реле, генератор тактовых импульсов, вычитатель, э 45 квадратор, блок возведения в куб, ум-. ножитель, сумматор и блок управления, содержащий два триггера, формирователь импульсов, третье реле и четыре элемента И, вход "Пуск" генератора через переключатель соединен с входом "Пуск" генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с ечетным входом первого триггера, единичный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с счетным входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первйм входом третьего элемента И и с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым адресным входом блока памяти и с входом "Опрос" датчика равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым информационным выходом блока памяти, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И и с входом, первого реле, выход второго элемента И соединен с входом второго реле и с третьим адресным входом блока памяти, выход третьего элемента И соединен с входом третьего реле, первый выход вычитателя через размыкающий контакт первого реле соединен с первым входом умножителя, второй выход вычитателя через замыкающий контакт первого реле соединен с входом квадратора, выход которого через размыкающий контакт второго реле соединен с вторым входом умножителя, третий выход вычитателя через замыкающий контакт второго реле соединен, с входом блока возведения в куб, вывычисляемые коэффициенты р

F (Х ) — значение заданной функции распределения в опорной точке Хо (6 — случайные числа, рав" номерно распределенные в интервале (Ор 1) .

Ввиду быстрой сходимости ряда (1) целесообразно для получения случайных чисел с заданным законом распределения использовать конечное число членов выражения (3)

X Х,+ (g,-F(Õ,)) Dq+ tg -Р(Х,)) Dg+

О 1 О х (4)

Работа генератора происходит в следующей последовательности. При включении генератора 1 тактовых импульсов происходит подача t-го имl пульса на блок 2, управляющий сигнал с которого поступает на датчик 6 случайных чисел, который выдает равномерно распределенное в интервале . (О, 11 число дь на вычитатель 7.

Одновременно этот управляющий сигнал воздействует на блок 5 памяти, с выходов которого постоянные коэффициенты (заранее рассчитанные и введенные в блок 5 в соответствии с требуемым законом распределения) пос тупают в определенные блоки: F(X )

О в вь1читатель 7, Хо — в .сумматор 11, D"1,- и умножитель 9, в котором в промежутке между двумя тактовыми импульсами производится операция перемножения разности t aL -F(X0)) снимаемой с блока 7 на коэффициент

Ф

Э

0 . Результат поступает в сумматор 11.

Второй тактовый импульс подает через блок 2 управления на реле 4 и блок 5 памяти, с выхода которого коэффициент 2 < поступает в умножитель 9. При срабатывании реле 4 а

Э 10993 ход которого соединен с третьим входом умножителя, второй информационный выход блока памяти соединен с первым входом сумматора, третий, четвертый и пятый информационные вы-, 5 ходы блока памяти соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами умножителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора,,выход которого через замыкающий контакт третьего реле соединен с входом блока регистрации, выход которого является выходом генератора.

На фиг. 1 приведена блок схема генератора; на фиг. 2 — схема блока

f5 упра вл ения .

Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, реле 3 и 4, блок

- 5 памяти датчик 6 равномерно расЭ

20 пределенных случайных чисел, вычитатель 7, квадратор 8, умножитель

9,: блок 10 возведения в куб, сумматор 11, блок 12 регистрации, переключатель 13.

Блок 2 управления содержит триггеры 14 и 15, формирователь 16 импульсов, элементы 7 - 19 И, реле .

20, элемент 21 И.

Принцип работы генератора состоит в том, что он реализует способ получения случайных чисел на основе метода обратных функций в сочетании с операторными рядами С.ЛИ, позволяющими получать обратные функции для любых распределений в явном 35 виде. Такой прием получения случайных чисел с заданным законом распределения обеспечивает высокие точность и эффективность работы генератора, так как сокращается чис- 40 ло машинных команд на получение одного случайного числа. Кроме того, отсутствует необходимость обращения к стандартным программам вычисления натурального логарифма или ввода в структурную схему неустойчивого в работе генератора пилообразного напряжения.

Возможно получение обратной функ-4 ции Х=Y (Х), если использовать вы р- а.Š—,О"х

V,0 С. (Х-Х,, ® гаеП Х вЂ” оператоР преобраеоааY

Х=XO 55 ния, имеющий вид

Х Хд Y Д)с

19 4 — плотность вероятности заданного закона рас» пределения. . Применение формулы (1) в сочетании с известным методом обратных функций позволяет получать случайные числа с заданным законом-распределения с помощью зависимости

1099319 контакты 1 и 2 размыкаются, а контакты 3 и 4 замыкаются, обеспечивая фиксацию разности(4 -F(XO)j в блоке

8, с выхода которого квадрат этой разности подается в блок 9, где 5 происходит перемножение ее с коэффициентом D . Произведение выдается

М в сумматор 11 .

Третий тактовый импульс через блок 2 вызывает срабатывание реле 3 10 и обеспечивает подачу коэффициента

D в блок 9. Контакты 1 и 2 реле 3 размыкаются, а контакты 3 и 4 замыкаются в результате чего разность

fg, -F(X0)) поступает в блок 10 15 возведения в куб. Результат умноже% t ния коэффициента D3 на величину

)C,-F(X )1 отсылается в сумматор 11.

Четвертый тактовый импульс вызывает срабатывание реле 20 блока 2 20 управления (фиг. 2), который контактами 1 и 2 соединяет выход сумматора

11 с блоком 12 регистрации, где считывается первое случайное число по ,заданному закону распределения. Этим 25 же импульсом устанавливаются в исходное положение триггеры 14 и 15 (фиг. 2) блока 2 управления, в результате чего реле 3 и 4 возвра1 щаются в первоначальное состояние.

С поступлением пятого тактового импульса на блок управления процесс повторяется по приведенной схеме.

Таким образом, в результате действия каждых 4-х тактовых импульсов в бло35 . ке 12 регистрируется случайное число по заданному закону распределения. Благодаря этому создается возможность более рационального получения случайных чисел с требуемым 4> ,законом распределения, что значительно расширяет функциональные возможности генератора случайных чисел .

Работа блока управления происходит в следующей последовательности.

Первый тактовый импульс переводит прямой выход триггера 14 в единичное состояние. С этого выхода и инверсного выхода триггера 15 через элемент 17 И снимается первый управляющий сигнал. Второй тактовый импульс возвращает в исходное состояние триггер 14 и переводит в единичное состояние триггер 15, С прямого выхода триггера 15 и инверсного выхода триггера 14 через элемент 21 И подается второй управляющий импульс на блок 5 памяти (фиг. 1). Одновременно с прямого выхода триггера 15 снимается сигнал, вызывающий срабатывание реле 4 генератора. Третий тактовый импульс переводит в единичное состояние триггеры l4 и 15, с прямых выходов которых через элемент 18 И снимается третий управляющий сигнал. Четвертый тактовый импульс возвращает в исходное состояние триггеры 14 и 1I5 и, тем самым, с помощью реле 3 и 4 (фиг. 1) переводит схему в первоначальное положение, а сигнал, снимаемый с инверсных выходов триггеров

14 и 15, через элемент 19 И вызывает срабатывание реле 20, контакты которого стоят в цепи, соединяющей сумматор 11 и блок 12 регистрации (фиг. 1).

Использование предлагаемого генератора случайных чисел увеличивает быстродействие на. 25-ЗОЖ по сравнению с прототипом.-1099319

1099319

Составитель А. Карасов

Редактор И. Касарда Техред А. Бабинец Корректор А.ТЯско

Заказ 4373/40 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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