Генератор случайных процессов

 

(72) Авторы изобретения

В, А. Беломытцев, А. A. Бурба и В. А. Керножицкий (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при ., решении задач статистического и вероятностного моделирования.

Основное изобретение по авт. св. й"- 211163 содержит источник пуассоновского потока импульсов, выходы которого соединены первыми входами первого блока сравнения и генератора случайных двоичных разрядов, .выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения Щ.

Недостатком известного генератора слу- чайных импульсов является уход параметров генераторов случайных двоичных разрядов и источников пуассоновскнх потоков импульсов от их номинальных значений, что вызывает недопустимый с точки зрения математической статистики разброс значений вероятностей появления отдельных цифр, чисел илн импульсов.

В итоге параметр выходного потока импульсов не,всегда будет соответствовать расчетному ,значению, то есть величине настройки генера тора, случайных импульсов.

Целью изобретения является повышение точности работы генератора за счет стабилизации параметра выходного потока импульсов.

Для достижения поставленной цели в известный генератор случайных импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, выходы которого соединены с первыми входами первого блока сравнения и генератора случайных двоичных разрядов, выход которого соединен

10 со вт..рым входом первого блока сравнения, введены второй блок сравнения, делитель и первый н второй счетчики, входы которых соединены соответственно с первым входом и выходом первого блока сравнения, а выходы са:т-!

5 чиков соединены соответственно с первым и вторым входами делителя, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого является входом генератора, а выход второго блока сравнения соединен со вторым входом генератора случайных двоичных разрядов.

Блок-схема генератора приведена на чертеже.

Генератор случайных импульсов содержит источник пауссоновского потока импульсов 1 и

% л р

R (М х а

Выражение (3) является теоретической осноyok для получения оценки р вероятности р статистйческими методами:

% (й) Р = — ) н (М (4) где n (t), m (t) — подсчитанное число импульсов в исходном и выходном потоках за время t.

Согласно теореме Я. Бернулли частота (4)" появления единицы на выходе генератора случайных двоичных разрядов при n (t).- ж сходится по вероятности к ее вероятности, р, то есть:

e =), (б) ra+ (t:) n(t) и» (ь) S0 где n (t) — общее число опытов (число импуль. сов исходного потока);

m" (t) — число случаев появления цифры 1 на выходе генератора случайных двоичных разрядов (число импуль сов исходного потока, попавших в выходной поток).

Непрерывно вычисляя. подобным образом зиа, чеиие р и сравнивая его с заданным значением

3 779995 управляемый им генератор случайных двоичных разрядов 2, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока сравнения 3, счетчик импульсов 4 исходного пуассоновского потока импульсов, счетчик импульсов 5 на выходе блока сравнения 3, делитель 6, первый и второй входы которого соединены с.выходами счетчиков 4 и 5 и блок сравнения 7, вход которого соединен с выходом делителя 6, а выход — со вторым входом

10 управляемого генератора случайных двоичных разрядов 2.

Текущее значение вероятности р можно вычислять, если в течение некоторого времени t произвести подсчет числа импульсов в исходном и выходном потоках. Так, среднее число импуль 1$ сов в исходном и выходном пуассоновских потоках за время t определяется по формулам:

n (t) От (1)

m(t) = imp t, (2) где-n(t) — среднее чиспо импульсов в исходном потоке;

m(t) — среднее число импульсов в выходном потоке.

Отношение выражений (2) и (1) дает значение pS вероятности р, т. е. вероятности с которой на выходе генератора случайных двоичных разрядов. появляется единица;

4 р „д1 можно в процессе функционированйя устройства поддерживать заданное значение р, вероятности появления единицы на выходе генератора случайных двоичных разрядов и тем самым стабилизировать параметр выходного потока импульсов.

В начальный момент времени при т-+О чувствительность устройства к отклонению параметра выходного потока велика, так как числа

n (t) и m" (t) будуг сравнительно невелики, поэтому каждый Отдельный импульс окажет влияние на величину р". С течением времени значения п" (t) и m" (t) могут принять весьма большие значения и чувствительность устройства уменьшается, так как в этом случае лищь достаточно большая серия импульсов (или ее отсутствие) окажет влияние на величину р", Поставленная цель достигается тем, что генератор случайных импульсов, снабжен двумя счетчиками импульсов, блоком деления и блоком сравнения. Счетчики импульсов служат для подсчета текущих значений n" (t), m" (t) импульсов в обоих потоках. Блок деления необходим для вычисления статистической оценки р" вероятности р по формулам (4), (5). Блок сравнения осуществляет сравнение полученной оценки р" с заданным значением вероятности р „появления единицы и, если р р р, д выдает сигнал на один из входов управляемого генератора случайных двоичных разрядов, так, что бы обеспечить р ЙР„„. .Предложенный генератор случайных импульсов работает следующим образом.

Источник 1 Формирует пуассоновский поток сигналов, которые поступают на первые входы блока сравнения 3 и генератора случайных двоичных разрядов 2. С приходом каждого импульса генератор 2 выдает на второй вход блока сравнения 3 с заданными вероятностями р, „и (1-р, „) сигналы, соответствующие двоичным цифрам 1 или О. При поступлении на вход блока сравнения 3 циффы "1" следующий импульс источника 1 проходит в выходной роток; а при поступлении цифры "0" — не. проходит. Одновременно импульсы исходного и выходного потоков поступают на счетчики 4 .и 5 и накапливаются в них в виде чисел

n" (t) и m (t). С выходов счетчиков текущие значения n (t) и m (t) поступают на выходы делителя б, который непрерывно вычисляет величину отношения m" (t) n (t) =р", то есть статистическое эначение р" вероятности р, с которой генератор случайных двоичных разрядов

2 фактически формирует цифру "1". Значение р" с выхода блока деления б поступает на вход блока сравнения 7, в котором сравнивается с заданным значением р„д.

При р" > р„д блок сравнения 7 выдает управляющий сигнал на второй вход генератора

S 77999 случайных двоичных разрядов 2, который изменяет свою настройку так, чтобы на выходе уменьшить вероятность появления цифры 1, а, следовательно, и количество импульсов

m (t) s выходном потоке, фиксируемое счет5 иком 5. В результате этого уменьшается отношение m (t) /и (t)=p", вычисляемое блоком деления и величина отклонения f от р„ устремляется к нулю.

При р" < р„блок сравнения 7 выдает 1п сигнал, который изменяет настройку генератора случайных двоичных разрядов так, чтобы увеличить вероятность появления цифры "1" на выходе, а следовательно, и количество импульсов m (t) в выходном потоке, фиксируемое счетчиком 5. Это приводит к увеличению отношения m" (t) / и" (t)= p", вычисляемого блоком деления 6, и устремлению величины р" к знаюпию р, . Когда р" и р„„совпадают, управляющий сигнал на выходе блока сравнения 7 исчезает (не появляется), что свидетельствует о стабилизации интенсивности выходного потока импульсов. При уходе параметров источника 1 и генератора 2 от номинальных значений происходит уменьшение или увеличение числа щ импульсов n (t), m (t) в исходном и выходном потоках и весь описанный выше цикл работы устройства повторяется до установлениярав@иства р = р ю

Учитывая, что Л = Ъ рзад значение р эад 30 вводимое в блок сравнения 7, определяют из условия р зад ф я,е °

Положительный эффект, который дает изобретение, заключается .в том, что оно поэво5 б ляет получать пуассонрвские потоки со стабильными параметрами потоков импульсов, что обеспечивает повышение точности вероятностного и статистического моделирования при решении широкого круга технических и техникоэкономических задач. Укаэанное повышение точности моделирования во многом поможет избежать возможных просчетов и принятия недостаточно обоснованных решений. В значительной степени положительный эффект будет проявляться в виде предотвращенного ущерба вызванного не достаточной стабильностью существующих генераторов случайных импульсов.

Формула кзобретени я

Генератор случайных импульсов по авт.св.

И 211163, î r л и ч а ю шийся тем; что, с целью повышения точности генератора, он содержит второй блок сравнения, делитель и первый и второй счетчики, входы которых соединены соответственно с первым входом первого блока сравнения, а выходы счетчиков соединены соответственно с первым и вторым входами делителя, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого является входом генератора, а выход второго блока сравнения соединен со вторым входом генератора случайных двои ыых разрядов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР У 211163, кл. 6 06 F 1/02, 1966 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9325/14 Тираж 751 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная 4,