Датчик случайных чисел

 

Союз Советскик

Социалистическими

Республик о п йщь

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оо723633 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.2 (22) Заявлено 270378 (21) 2594842/18-24 с присоединением заявки ¹

I (23) Приоритет

G 07 С 15/00

Государствеииый комитет

СССР. по делам изобретеиий и открытий

G 06 F 1/02 (53} УДК681. 325 (088,8) Опубликовано 25р38р Бюллетень ¹ 11

Дата опубликования описания 25,0380

Л.В, Боброва, Н,В. Киселев, Е.Н. Кузнецова, A.Ã. Снегурова и М.В. Шестаков (72) Авторы изобретения

Северо-Западный заочный политехнический институт (71) Заявитель (5 4 ) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для моделирования последовательности случайных чисел (случайных векторов) с одномерной функцией плотности вероятности °

Известен датчик случайных чисел, содержащий генератор шума, функциональные преобразователи (1).

Однако этот датчик не допускает перестройку на новый закон распределения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик случайных чисел, содержащий блок регистрации, универсальный функциональный преобразователь, например типа ЭЛТ политрон, считывающий вход .которого подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, а управляющие входы связаны с заломинающим устройством на потенциометрах, и последовательно соединенные интегратор и схему сравнения, второй вход которого связан с датчиком равномерно распределенных случайных чисел, а выход подключен к управляющим входам генератора линейно изменяющегося напряжения и датчика равномерно распределенных случайных чисел (2) °

Недостаток его заключается в том, что он моделирует случайные чи сла лишь с одномерным законом распределения. Как известно, для более точного задания случайных процессов требуется знать хотя бы его двумерную функцию плотности, Белью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей датчика эа счет моделирования случайной последовательности чисел

15 с двумерным законом распределения (или моделирование двумерных случайных векторов), Для достижения поставленной цели в датчик случайных чисел, содержащий

20 блок регистрации, первый блок памяти, выходы которого соединены с группой входов первого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединен с

30 первым входом блока сравнения, вто723633 рой вход которого соединен с выходом интегратора, введены второй и третий функциональные преобразователи, второй блок памяти, первый и второй ключи, выход второго ключа соединен со входами блока регистрации и третьего функционального преобразователя, выходы которого соединены со входами второго блока памяти соответственно, выходы которого соединены с группой входов второго функционального преобразователя, вход которого объединен со входом первого функцибнального преобразователя и с первым и вторым входами второго клю» ча, третий вход которого подключен к выходу блока сравнения и к первому входу первого ключа, второй и третий входы которого подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а выход первого ключа подключен ко входу интегратора.

На фиг. 1 приведена блок-схема датчика; на фиг. 2 - функциональная схема выполнения второго блока памяти на потенциометрах.

Датчик содержит последовательно соединенные генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, первый функциональный преобразователь 2 с подключенным к его управляющим входам первым блоком памяти 3, первый ключ

4, иитеГратор 5 и блок сравнения б, второй вход которого соединен с генератором 7 равномерно распреде- ленных случайных чисел, а выход сое динен с генератором 1 линейно изменяющегося напряжения, генератором 7 равномерно распределенных чисел и управляющим входом второго ключа 8, второй управляющий вход которого связан с генератором 1, а основной вход соединен со входом первого функционального преобразователя 2, объединенным со входом второго функционального преобразователя 9. Управляющие входы функционального преобразователя 9 подключены ко второму блоку памяти 10, входы которого связаны с выходами третьего функционального преобразователя 11. Считы вающий вход функционального преобра эователя 11 объединен со входом блока регистрации 12 и соединен с выходом второго ключа 8.

Работа датчика основана на том положении, что двумерная функция плотности случайного вектора может быт ь представлен а через одномерную плотность вероятности одной из компонент вектора и условную плотность вероятности второй компоненты а (Х, Х ) (.х,) ч (х !х ), И где ш (х,х ) — двумерная плотность вероятности случайно го вектора х,, х,;

40

iu(x, ) — плотность вероятнссти компоненты x > (х /x, ) — условная плотность вероятности компоненты х относительно компоненты х, .

Такое представление позволяет избежать необходимости моделировать функцию двух переменных u (x« x ) (как известно, устройства для моделирования функций многих переменных сложны в управлении и схемном исполнении) .

Первый функциональный преобразователь 2 предназначен для моделирования одномерного закона распределения ш (х,), а второй функциональный преобразователь 9 в совокупности с блоком памяти 10 — для моделирования условной вероятности t (х /х,) .

При этом следует учитывать то обсто.— ятельство, что функция v (х„ /х ) -.также является двумерной. Однако прификсированном х зта функция становится одномерной, т. е. имеем уже набор одномерных функций (х /х ), (х /х )... °, и (х /x„N число уровней измейения случайной величины х .

Поскольку функциональный преобразователь 2 предназначен для моделирования лишь одной функции со(х ), его управляющие входы соединены с выходами блока памяти 3, представляющего собой такой набор потенциометров, что каждый вход преобразователя 2 соединен лишь с одним потенциометром.

Функциональный преобразователь 9 предназначен для моделирования любой иэ функций м (х /х ), поэтому каждый

l управляющий вход его соединен с N потенциометрами блока памяти 10 (фиг. 2) . Соответствующий набор коэффициентов при моделировании функции м (х„/х ) определяется сигналом с функцйонального преобразователя 11.

В связи с тем> что функциональный преобразователь 11 предназначен для

l определения вила функции ю (х /х, ) в зависимости от величины х,, его включение отличается от блоков 2 и

9, Считывающий электронный пучок преобразователя 11 корректирующими пластинами смещается с выходных коллекторов на управляющие пластины. Специ фика функционального преобразователя типа ЭЛТ политрон такова, что в зависимости от потенциала на считывающем входе электронный пучок оказывается на соответствующей пластине и наводит на ней ток. Время наведения тока зависит от времени пребывания входной величины в данном амплитудном интервапе.

Следовательно, при подаче на вход блока 11 величины х; появляется сиг

723633 нал на его i -ом выходе, что определяет i -тый набор потенциометров блока 10 и, следовательно моделироI вание блоком 9 функции ю (х /x, ) .

Датчик работает следующйм образом.

Синхронно включаются генератор

1 линейно изменяющегося напряжения и генератор 7. Развертка от генератора 1 считывает с функционального преобразователя 2 функцию ы (х,)

=LU(t) и через двухпозиционный ключ

4, который в начальном положении замыкает цепь преобразователь 2 интегратор 5 ), поступает на интегратор 5, с выхода которого напряжение, пропорциональное Аи (t) dt, по- 15 ступает на первый вход блока сравнения б для сравнения с величиной r от генератора 7. В момент равенства напряжений на. входах блока б величина t пропорциональна формируемой 20 случайной величине х с законом распределения <и(x ) (т.е. первой компоненте двумерного случайного вектора или первому члену случайной последовательности) . Блок сравнения б выдает сигнал, который открывает ключ 8, пропускающий напряжение развертки генератора 1 на блок регистрации 12 для фиксации х .(т.к.

Ux(t) — = Ut х) и на вход функционального преобразователя 11 для определения по величине х вида функции ф

U(x2/õ ) . Одновременно сигнал с вы.хода блока сравнения б перебрасывает ключ 4 в положение, замыкающее цепь преобразователь 9 — интегратор 5 и эапу"кает вновь генератор 1 и генератор 7 при этом сброс на нуль генератора 1 является сигналом, закрывающим ключ 8.

Теперь напряжение развертки с генератора 1 считывает уже функцию (х /х ) с. функционального преобра2 зователя 9, так как в зависимости от амплитуды сигнала х, выдается 45 сигнал по соответствующему входу функционального преобразователя 11, подключивший к управляющим входам о функционального преобразователя 11 набор потенциометров, соответствУю- 5{) щий моделированию функции v (х2/х,), а функциональный преобразователь 2 при этом отключен от интегратора 5.

Следовательно, на вход интегратора 5 через ключ 4 поступает напряжение, пропорциональное 4 (t) = v (х /х ), на первый вход блока сравнения б подается напряжение g q (t) dt, на вторрй - r от генератора 7. В мо2 мент, когда на обоих входах блока„ сравнения б напряжение сравняется, блок сравнения б выдает сигнал, открывающий ключ 8, и напряжение развертки в данный момент времени фиксируется блоком 12 в качестве первой реализации х, .

65

Одновременно сигнал с выхода блока сравнения 6 вновь запускает генераторы 1 и 7 и перебрасывает двухпозиционный ключ 4, что обеспечивает формирование случайной величины х .

Следовательно, датчик формирует последовательность случайных чисел

Х Х1 Х Х Х1 Х2 ° ° ° g Х РХ2g ° °

В этой последовательности каждая пара чисел имеет заданную плотность вероятности ы(х,„, х ), Т аким образ ом, датчи к поэ вол яет в реальном масштабе времени формировать последовательность двумерных случайных векторов с любым законом распределения„ По сравнению- с известными устройствами он отличается более широкой областью применения, так как двумерный закон распределения позволяет более точно задавать случайную последовательность, Формула изобретения

Датчик случайных чисел, содержащий блок регистрации, первый блок памяти, выходы которого соединены с группой входов первого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом rенератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, выход которого соединеН с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, о т л и ч а ю щ и и С я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика эа счет моделирования двумерного закона распределения, он содержит второй и третий функциональные преобразователи, второй бпок памяти, первыц и второй ключи, выход второго ключа соединен со входами блока регистрации и третьего. функционального преобразователя, выходы которого соединены со входами второго блока памяти соответственно, выходы которого соединены с группой входов второго функционального преобразователя, вход которого объединен со входом первого функционального преобразователя и с первым и вторым входами второго ключа, тре-, тий вход которого подключен к выходу блока сравнения и к первому входу первого ключа, второй и третий входы которого подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а выход первого ключа подключен ко .входу интегратора.

Источники информации, принятые во внимайие при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 385285, кл, G 06 Г 1/02, 1971.

2, Авторское свидетельство СССР

9 444176, кл. С 06 F 1/02, 1973 (прототип) .

Составитель А, Карасов

Редактор С. Лыжова Техред О.Легеза Корректор В.Бутяга

Заказ 1010/1 Тираж 641 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4