Генератор случайных двоичных чисел

 

Изобретение относится к вычислительной технике и позволяет расширить область применения генератора случайных двоичных чисел путем получения распределения Пойа. Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании независимых случайных испытаний, состоящих в выборе наугад отдельного uiapa из урны, содержащей в начале испытаний bo белых и со черных щаров, возврате этого щара в урну вместе с S дополнительными шарами того же цвета, что и выбранный щар, и подсчете числа успехов , связанных с извлечением белого щара в серии из п испытаний. Генератор содержит первый счетчик 12 числа успехов, второй 13 и третий 14 счетчики текущего числа соответственно белых b и черных с шаров в урне, двоичные коды которых управляют блоком 15 (Нормирования случайного двоичного сигнала с непрерывным временем, коэффициент заполнения ks которого равен относительной доле кз b / (b-4-c)белых шаров в урне, два элемента И 5, 6 и элемент ЗАПРЕТ 7, управляемые выходным сигналом блока 15 и предназначенные для реализации случайных испытаний путем подачи ня второй вход первого элемента И 5 импульсов генератора 1, которые также запускают блок 4 формирования пачки из s импульсов с целью увеличения на s единиц содержимого второго 13 либо третьего 14 счетчиков в зависимости от уровня «1 или «О выходного сигнала блока 15, фиксируемого (уровня) на время прохождения пачки из s импульсов сигналом запрета с первого выхода блока 4. Делитель 8 частоты определяет размер п серии испытаний. Каждый импульс с выхода делителя 8 записывает двоичное число | в регистр 9 памяти и подготавливает генератор к новому циклу работы путем сброса в «О первого счетчика 12 и записи во второй 13 и третий 14 счетчики соответственно значений bo и со, находящихся во втором 10 и третьем 11 регистрах памяти. Первый 2 и второй 3 элементы задержки обеспечивают требуемую последовательность срабатывания соответствующих элементов генератора случайных двоичных чисел. 4 ил. Р (Л со N3 СЛ 4 to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дую G 06 F 7/58

%

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

<риг. /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

М А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4056055/24-24 (22) 18.04.86 (46) 23.07.87. Бюл. № 27 (72) А. С. Анишин (53) 681 ..325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1049905. кл. G 06 F 7/58, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1282118, кл. G 06 F 7/58, 1985. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и позволяет расширить область применения генератора случайных двоичных чисел путем получения распределения Пойа.

Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании независимых случайных испытаний, состоящих в выборе наугад отдельного шара из урны, содержащей в начале испытаний bp белых и с0 черных шаров, возврате этого шара в урну вместе с S дополнительными шарами того же цвета, что и выбранный шар, и подсчете числа g" успехов, связанных с извлечением белого шара в серии из и испытаний. Генератор содержит первый счетчик 12 числа "успехов, второй 15 и третий 14 счетчики текущего числа соответственно белых Ь и черных с шаров в урне, двоичные коды которых управляют блоком 15 Формирования случайного двоичного

ÄÄSUÄÄ 1325472 А1 сигнала с непрерывным временем, коэффициент заполнения k3 которого равен относительной доле кэ= b / (Ь+с) белых шаров в урне, два элемента И 5, 6 и элемент

ЗАПРЕТ 7, управляемые выходным сигналом блока 15 и предназначенные для реализации случайных испытаний путем подачи на второй вход первого элемента И 5 импульсов генератора 1, которые также запускают блок 4 формирования пачки из s импульсов с целью увеличения на s единиц со. держимого второго 13 либо третьего !4 счетчиков в зависимости от уровня «1» или «О» выходного сигнала блока 15, фиксируемого (уровня) на время прохождения пачки из

s импульсов сигналом запрета с первого выхода блока 4. Делитель 8 частоты определяет размер и серии испытаний. Каждый импульс с выхода делителя 8 записывает двоичное число с" в регистр 9 памяти и подготавливает генератор к новому циклу работы путем сброса в «О» первого счетчика

12 и записи во второй 13 и третий 14 счетчики соответственно значений bo и с0, находящихся во втором 10 и третьем 11 регистрах памяти. Первый 2 и второй 3 элементы задержки обеспечивают требуемую последовательность срабатывания соответствующих элементов генератора случайных двоичных чисел. 4 ил.

1325472

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении датчиков случайных двоичных чисел с распределением Пойа.

Цель изобретения — расширение области применения генератора путем получения распределения Пойа.

Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании случайных испытаний, заключающихся в выборе наугад шара из урны, содержащей в начале испытаний

bo и со шаров белого и черного цветов соответственно, возврате этого шара в урну вместе с s шарами того цвета, что и выбранный шар, и подсчете числа извлеченных шаров белого цвета в серии из и испытаний.

В результате появляется новое свойство дискретной вероятностной системы с четырьмя степенями свободы: Ь, с, п, s, Известный генератор имеет три степени свободы. Благодаря этому свойству область применения предлагаемого генератора случайных двоичных чисел расширяется за счет получения распределения Пойа.

На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайных двоичных чисел, на фиг. 2 — схема блока формирования пачки из s; на фиг. 3 — схема блока формирования случайного двоичного сигнала; на фиг. 4 — схема линейного преобразователя код — интенсивность случайного потока импульсов.

Генератор случайных двоичных чисел содержит генератор 1 импульсов, первый

2 и второй 3 элементы задержки, блок 4 формирования пачки импульсов, первый 5 и второй 6 элементы И, элемент 7 запрет, делитель 8 частоты, первый 9, второй 10 и третий 11 регистры памяти, первый 12, второй

13 и третий 14 счетчики, блок 15 формирования случайного двоичного сигнала.

Блок 4 формирования пачки импульсов (фиг. 2) содержит триггер 16, единичный вход которого является входом запуска блока, а прямой выход — первым выходом блока 4, делитель 17 частоты, выход которого соединен с входом «Сброс» триггера 16. и последовательно соединенные генератор 18 импульсов и элемент И 19, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера

l6, а выход — с входом делителя 17 частоты и является вторым выходом блока 4.

Блок 15 формирования случайного двоичного сигнала с непрерывным временем (фиг. 3) содержит генератор 20 случайного потока импульсов, элемент ЗАПРЕТ 21, равновероятностный двухполюсник 22, два преобразователя 23 и 24 код — интенсивность случайного потока импульсов, триггер

25, прямой выход которого является выходом блока 15, входом запрет которого является инверсный вход элемента ЗАПРЕТ

21. Выход генератора 20 соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ 21, выход которого соединен с входом двухполюсника 22, выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго и вторыми входами второго и первого преобразователей 23 и 24. Выходы последних соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера 25, установочные входы преобразователе" 23 и 24 являются соответственно первым и вторым входами задания интенсивности блока 15.

Преобразователи 23 и 24 код — интенсивность случайного потока импульсов со10 держат элемент 26 задержки, счетчик 27, стробированный дешифратор 28, группу 29 элементов И и элемент ИЛИ 30.

Генератор работает следующим образом.

Предварительно во второй 10 и третий

ll регистры заносят числа bo и со, определя ющие численность белых и черных шаров соответственно в моделируемой урне на начальный момент времени. Коэффициенты п деления делителя 8 частоты устанавливают размер серии из и случайных испытаний, за

>0 ключающихся в выборе наугад одиночных шаров из урны. Параметром s блока 4 формирования пачки из s импульсов устанавливают число дополняемых в урну шаров того же цвета, что и цвет выбранного шара, после каждого испытания.

25 Импульсы генератора 1 частотой F< —, Гю где т„— длительность пачки из s импульсов, через первый элемент 2 задержки поступает на вход делителя 8 частоты. На выходе последнего появляется каждый п-й импульс, который определяет начало рабочего 0 цикла генератора путем записи содержимого первого 0 и второго 11 регистров памяти о второй 13 и третий 14 счетчики соответственно, а также записи содержимого первого счетчика 12 в первый регистр 9 памяти и сброса спустя время, определяемое вторым элементом 3 задержки, первого счетчика 12 в нуль. Гlервый элемент 2 задержки служит для разделения моментов проведения последнего из серии п испытаний и начала нового цикла генератора.

С учетом двоичных кодов, действующих на первом и втором входах установки интенсивности блока 15, на выходе последнего формируется случайный двоичный сигнал с непрерывным временем и параметром Р(1)

45 — —, равным относительнои доле белых шаЬ

Ь+с ров в моделируемой урне.

Рассмотрим работу блока 15. Импульсы генератора 20 случайного потока импульсов через постоянно открытый в отсутствие им50 пульсов бланкирования элемент ЗАПРЕТА

21 поступают на вход равновероятностного двухполюсника 22, на выходах которого они разделяк)тся на два независимых друг от друга потока с равной интенсивностью. Первый поток импульсов с помощью первого

55 преобразователя 23 код — интенсивность, управляемого двоичным кодом х= b, преобразуется в случайный поток Х„. Аналогично второй поток с помощью второго преобра1325472

Формула изобретения

3 зователя 24 код — интенсивность, управляемого кодом у= с, преобразуется в поток Л„.

Потоки А„ и Х„ воздействуют соответственно на S- u R-входы триггера 25 и формируют на его прямом выходе случайный двоичный сигнал с параметром P (1) — b

Ь+с.

Таким образом, параметр Р(1) случайного двоичного сигнала на выходе блока

15 является функцией текущих состояний второго 13 и третьего 14 счетчиков.

Случайный двоичный сигнал присутствует на первых входах первого 5 и второго 6 элементов И и инверсном входе элемента

ЗАПРЕТ 7, на информационные входы которых поступают соответственно импульс генератора 1 и пачки из s импульсов с второго выхода блока 4. На время т действия пачки из s импульсов блок 15 бланкируется сигналом с первого выхода блока 4, в результате этого в течение времени <, логический уровень сигнала на выходе блока 15 остается без изменения.

При выполнении условия (— — тп)))

F

)) состояния (логические уровни)

1 к+ у случайного двоичного сигнала в моменты проведения испытаний независимы. С вероятностью P (О) = — на выходе блока 15 прис

Ь+с сутствует нулевой уровень. Это событие эквивалентно выбору из урны черного шара и связано с тем, что содержимое третьего счетчика 14 увеличивается на s единиц. Изменение содержимого счетчика 14 меняет параметр случайного двоичного сигнала на выходе блока 15.

С вероятностью Р(1) — на выходе

Ь

Ь+с блока 15 присутствует единичный уровень.

Это событие эквивалентно выбору из урны белого шара. Поэтому содержимое второго счетчика 13 увеличивается íà s единиц.

Одновременно содержимое первого счетчика

12 возрастает на единицу.

К моменту появления последнего из серии п импульса генератора 1 в первом счетчике 12 находится случайное число *, означающее итоговое число извлечений шаров белого цвета.

Распределение Р (*) в соответствии с известной вероятностной моделью, суть которой состоит в выборе наугад шара из урны, содержащей в начале испытаний Ьс и с шаров белого и черного цвета соответственно, возврате этого шара в урну вместе с s шарами того же цвета, что и выбранный шар, и подсчете числа (извлечений шаров бе20

50 лого цвета в серии из и независимых испытаний, является распределением Пойа. (с+(п — k+1) S). м

1<=0, п, С„= где N=b+c — общее число шаров (белых и черных) в моделируемой урне в начале рабочего цикла генератора.

Генератор случайных двоичных чисел, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый элемент задержки и делитель частоты, выход которого соединен с входом «Запись» первого регистра памяти и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом

«Сброс» первого счетчика, второй и третий регистры памяти, блок формирования случайного двоичного сигнала, выход которого соединен с инверсным входом элемента

ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И соединен со счетным входом первого счетчика, информационный выход которого соединен с информационным входом первого регистра памяти, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора путем получения распределения Пойа, он содержит блок формирования пачки импульсов, второй элемент И, второй и третий счетчики, информационные выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами задания интенси вности блока формирования случайного двоичного сигнала, вход ЗАПРЕТ которого подключен к первому выходу блока формирования пачки импульсов, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента И и, прямым входом элемента ЗАПРЕТ, выходы которых соединены со счетными входами соответственно второго и третьего счетчиков, выходы второго и третьего регистров памяти соединены с информационными входами соответственно второго и третьего счетчиков, входы «Запись», которых подключены к выходу делителя частоты вход «Запуск» блока формирования пачки импульсов подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход второго элемента

И соединен с инверсным входом элемента

ЗАПРЕТ.

1325472

Ююх 1 (Д г 2 1У

ЛХ Л

Со ста в» гсл ь .)(. Ка рисов

Рс»и»к(ор 33 13сгр;(» Т(xf)(!(И. Г3(рес Корректор Е. Рошко

:3;»i;I: 3! Il), 4 f Тираж ()7) I!одписног !

31!к!!1! 11! )i(4((ð(I H(!»I» î кол)итст (Г.(:(:Р»о Л(l(i(I изобретений и QTI phlT:! l:3)(,35., Моск()(), Ж 35), Р(((»ii каи и;н)., д. 4!5

i!i (.:. l(.:()»(к)-»i)»» f)i)ô» I((!(()i ill)i .I» f)lisl (»(, (. У)ксоро,"(, (кт. П!)оект»ин, 4