Генератор случайных чисел

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть не- . пользовано для получения чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода обратных функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.Ли). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования случайных чисел с законами распреде

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1397907 А 1. дп 4 С 06 F 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4149087/24-24 (22) 17. 1 1.86 (46) 23.05.88. Вюл. Р 19 (72) Л.А.Мартьпценко, lO.Â.Îñèïoâ, А.Н.Степанов, A.È.Ëûñåíêîâ, А.И,Воловик и В.В.Пономарев (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 401985, кл. С 06 F 7/58, 1971.

Авторское свидетельство СССР

У 1099319, кл. С 06 F 7/58, 1984. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода обратных функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.Ли). Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет формирования случайных чисел с законами распреде1397907 ленив, содержащими нормировочные м:.ожители, и повышение быстродействия и надежности. Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, датчик равномерно распределенных случайных чисел, регистр 2 памяти, вычитатель 4, квадратор 5, умножители 7-9, блок 6 возведения в куб, сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12, 13, формирователи

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чисел с заданным законом распределения на основе реализации метода обратных 5 функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.Ли).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет формирования случайных чисел с зако"

1О нами распределения, содержащими нормировочные множители, и повышение быстродействия и надежности.

На чертеже приведена функциональ15 ная схема генератора.

Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 памяти, датчик 3 равномерно распределенных случайных чисел, вычитатель 4, квадратор 5, блок 6 возведения в куб, умножители 7-9, сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12 и 13, формирователи 14 и 15 импульсов, элементы И 16-18, элемент

ИЛИ 19, ключи 20-33, регистры 34-36 памяти, линию 37 задержки, вход 38

"Опрос" и выход 39.

Работа генератора происходит в два этапа: первый этап — подготови30 тельный, второй этап — основной. При подготовительном этапе генератор рассчитывает нормировочные множители, перемножает их на коэффициенты операторного ряда Р,, П, Р, и записывает результаты в регистры 34-36. При 35 основном этапе схема генератора настраивается на реализацию случайных чисел с заданным законом распределения.

Работу генератора рассмотрим на 40 примере реализации случайных чисел с

14, i5 импульсов, элементы И 16-18, регис:ры 34-36 памяти, элемент ИЛИ

19, линию 37 задержки, ключи 20-33.

Но ым является введение дополнительных блоков, органиэация связей между элементами, исключение электромеханических устройств, применение параллельного структурного способа вычисления на основном этапе работы генератора. 1 ил.

2 законом гамма-распределения. На подготовительном этапе в начальном состоянии триггеры 12 и 13 обнулены, С инверсных выходов этих триггеров сигналы поступают на элемент ИЛИ 19, с выхода которого снимается сигнал на управляющий вход ключа 20. При включении генератора 1 тактовых импульсов происходит подача первого управляющего импульса через ключ 20 на счетный вход триггера 12, под воздействием которого триггер 12 переходит в единичное состояние. Сигналы с прямого выхода триггера 12 и инверсного выхода триггера 13 поступают на входы элемента И 18, с выхода которого формируется сигнал управления, поступающий на третий вход регистра 2 памяти. Под действием этого сигнала с второго, четвертого, шестого, седьмого и девятого выходов регистра 2 памяти постоянные коэффициенты (заранее расчитанные и введенные в регистр

2 в соответствии с требуемым законом распределения) поступают в определенные блоки: К, — в умножитель 7, К в умножитель 8, Кз — в умножитель 9, а — в умножитель 7, квадратор 5 и блок

6 возведения в куб, К вЂ” в сумматор

10. Одновременно с этим с прямого выхода триггера 12 поступает сигнал на управляющие входы ключей 27-29.

Тем самым готовится схема генератора и для расчета гамма-функции F (а) . Ре2

1 эультаты а и а с выходов квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают в умножители

8 и 9. Результаты К,а, К1а и К а с выходов умножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 27, 28 и 29 поступают в сумматор 10, где проис07

Исчезает сигнал с выхода элемента

ИЛИ 19, тем самым отключается цепь подачи управляющих сигналов с генератора 1 через ключ 20 на счетный вход триггера 12, Одновременно с этим исчезает сигнал с выхода элемента И 16 и формируется сигнал на выходе элемента И 17, который поступает на управляющие входы ключей 21, 22 и 33.

Подготовительный этап окончен.

В дальнейшем схема генератора работает следующим образом. При формировании генератором 1 тактовых импульсов четвертого управляющего импульса происходит его подача через ключ 21 на датчик 3 случайных чисел, который выдает первое равномерное распределение в интервале (О, 1) число Ы на вычитатель 4.

Одновременно этот управляющий импульс воздействует на управляющие входы ключей 24-26 и на первый вход регистра 2 памяти, с первого и десятого выходов которого постоянные коэффициенты Р(х,) и х, поступают соответственно в вьяитатель 4 и сумматор 10.

B квадраторе 5 и блоке 6 возведения в куб происходит возведение соответственно в степени два и три разности Ы -Р(хр), снимаемой с вычита-. теля 4 через ключ 22. Кроме того, разность oC -F(x р) с выхода вычитателя 4 через ключ 22 поступают в умножитель 7 °

В умножителях 7-9 происходит перемножение результатов вычитателя 4, квадратора 5 и блока 6 возведения в куб на результаты соответственно регистров 36, 35 и 34, которые поступают на входы умножителей 7-9 через клкяи 24-26 с регистров 36, 35 и 34.

Результаты с блоков 7-9 поступают через ключи 27-29, управляющие входы которых находятся под воздействием сигнала, снимаемого с прямого выхода триггера 12, на сумматор 10, где происходит суммирование четырех чисел.

БО

Сумма х +(с(-Г(х,)) Г(а)Р,+fJ- "

-F(x ) 7 (Г(а) )0 +(й -F (x ))1 (Г(а)) 0 поступает через клюя 33 в регистр 11 памяти. После регистрации первого

55 случайного числа по закону гаммараспределения с управляющего выхода регистра 11 памяти поступает сигнал через линию 37 задержки на вход

"Сброс" сумматора 10. Под действием

3 13979 ходит их суммирование между собой и с коэффициентом Кр. Сумма четырех слагаемьм записывается в выходном регистре сумматора 10.

При поступлении с генератора t тактовых импульсов второго управляющего импульса на счетный вход триггера 12 происходит перевод триггера

12 в нулевое состояние, а триггера 1ð

13 — в единичное состояние, При таком состоянии триггеров 12 и 13 исчезает сигнал с выхода элемента И 18, остается сигнал на выходе элемента ИЛИ

19 и формируется сигнал на выходе элемента И 16, который поступает на второй вход регистра 2 памяти, на управляющие входы ключей 23, 30-32 и на вход формирователя 15 импульсов (последний формирует импульсы по пе- 2р реднему фронту управляющих сигналов, а формирователь 14 импульсов — по заднему фронту сигнала, снимаемого с прямого выхода триггера 12). Схема генератора настраивается на перемно- 25 жение нормировочного коэффициента с коэффициентами операторного ряда D

1 1

D< и D . В этом состоянии ключей происходит подача результата с выходного регистра сумматора 10 через ключ 30

23 на умножитель 7, квадратор 5 и блок 6 возведения в куб. Результаты

Г Г(а)1 и tГ(аЦ с квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают на первые входы умножителей 8 и 9, на вторые входы ко35 торых под действием управляющего сигнала, поступающего с элемента И 16 на второй вход регистра 2 памяти, поступают коэффициенты D и D с пятого и восьмого выходов регистра 2 памяти, а также коэффициент О, с третьего выхода регистра 2 памяти поступает на умножитель 7. Результаты Г(а)D» (Г(а)7 D< и (Г(a)3 D> с выходов ум45 ножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 30, 31 и 32 поступают на регистры 36, 35 и 34, где происходит их запоминание. Одновременно с этим формируется сигнал обнуления сумматора 10 по цепи формирователь 15 импульсов — линия 37 задержки — вход

"Сброс" сумматора 10.

При поступлении третьего управляющего импульса происходит перевод схемы генератора на реализацию случайных чисел с законом гамма-распределения. В этом случае триггеры 12 и 13 находятся в единичном состоянии.

1397907 этого сигнала происходит обнуление регистров сумматора 10.

С поступлением пятого управляющего импульса процесс повторяется по при5 веде: ной схеме четвертого управляющего импульса. Таким образом, в результате действия последующих управляющих импульсов в регистре 11 памяти формируются случайные числа по закону гамма-распределения. При замене коэффициентов в блоке 2 памяти необходимо триггеры 12 и 13 привести в нулевое состояние путем подачи управляющего импульса на вход 38. 15

При моделировании законов распределения, в которых отсутству-ют нормировочные мнохлтели, необходимо в регистр 2 памяти ввести следующие коэффициенты: Г(х,) э хо j D g Лг, Лз ° 20

К <=K3=a=O и Кр=1. В этом случае на подготовительном этапе в регистрах

36, 35 и 34 записываются коэффициенты D,, D;и D> соответственно. В дальнейшем предлагаемьп генератор реали- ?5 зует такие же законы распределения, I(cLK и известный.

Регистры 34-36 памяти синхронизируются сигналом с выхода элемента

И 16. 30

Формула изобретения

Генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, датчик равномерно распределенных случайных чисел, первый регистр памяти, вычитатель, квадратор, первый умножитель, блок возведения в Куб, сумматор, второй регистр памяти, два 40 триггера, формирователь импульсов, три элемента И, прямой выход первого триггера через первый формирователь импульсов соединен со счетным входом второго триггера, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит второй и третий умножители, с третьего по седьмой регистры памяти, элемент

ИЛИ, линию задержки, формирователь

50 импульсов, четырнадцать ключей, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с информационными входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен со счетным

55 входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ и первого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И и управляющими входами третьего, четвертого и пятого ключей, инверсный выход второго триггера соединен с вторыми входами третьего элемента И и элемента

ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом первого и первым входом второго элемента И, вход сброса генератора случайных чисел соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров, выход второго ключа соединен с входом "Опрос" датчика равномерно распределенных случайных чисел, а также с первым управляющим входом регистра памяти и управляющими входами шестого, седьмого и врсьмого ключей, выход первого элемента И соединен с вторым управляющим входом первого регистра памяти и управляющими входами девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого ключей, а также через второй формирователь импульсов и линию задержки — с входом

"Сброс" сумматора, выход второго элемента И соединен с управляющими входами второго, тринадцатого и четырнадцатого ключей, выход третьего элемента И соединен с третьим управляющим входом первого регистра памяти, выход датчика равномерно распределенных случайных чисел соединен с входом уменьшаемого вычитателя, вход вычитаемого которого соединен с первым выходом первого регистра памяти, выход вычитателя соединен с информационным входом тринадцатого ключа, выход которого соединен с выходом девятого ключа, первым входом первого умножителя, вторым выходом первого регистра памяти, входами квадратора и блока возведения в куб, третий и четвертый выходы первого регистра памяти соединены с выходом шестого ключа и вторым входом первого умножителя, выход которого соединен с информационными входами третьего и десятого ключей, выход квадратора соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с пятым и шестым выходами первого регистра памяти и с выходом седьмого ключа, выход блока возведения в куб соединен с первым входом третьего умножителя, второй вход которого соединен с седьмым и восьмым выходами первого реги1397907

Составитель А.Карасов

Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник

Редактор И.Николайчук

Заказ 2271/47

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 стра памяти и с выходом восьмого ключа, выход второго умножителя соединен с информационными входами четвертого и одиннадцатого ключей, выход третьего умножителя соединен с информационными входами пятого и двенадцатого ключей, выходы третьего, четвертого и пятого ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами сумматора, четвертый информационный вход которого соединен с девятым и десятым выходами первого регистра памяти, выходы десятого, одиннадцатого и двенадцато- 15 го ключей соединены соответственно через четвертый и пятый регистры памяти с информационными входами шестого, седьмого и восьмого ключей, выход сумматора соединен с информационными входами девятого и четырнадцатого ключей, выход четырнадцатого ключа соединен с информационным входом второго регистра памяти, синхронизирующий вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, выход четвертого регистра памяти является выходом генератора, выход первого элемента И соединен с управляющими входами третьего, четвертого и пятого регистров памяти.