Файл: Яковлев, В. В. Стохастические вычислительные машины.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 111

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Допустим, имеется система вида (3.20):

p 9 i - i 9 i = р ь

 

pQi-iPi — Р2,

(3.24)

pPi-iQi = pz,

 

pPt-iPi = pi.

 

Ясно, что в этой системе P = P 1 +

P 2 + P 3 + Р 4, что можно

легко проверить просуммировав левые

и правые части всех урав­

нений.

 

Пусть, кроме того,

 

+ Pjl

 

р% ^ Pi '

 

Можно аппроксимировать систему (3.24) подсистемой:

p 9i-i9i = р и,

 

p 9t-iPi = P 22,

(3.25)

p Pi-iQi = Р зз’

 

p Pi-iPi = p a,

причем

^*11 + Р 22, + ^33 Н Р и = Р >

==± е, Р 33 = Рз ± 6,

Р22 ~ Р2— ®» Ри = Рi — ®-

Если

т0

Л 1 = Л — е.

Р 22= -Р2+ е.

Р 3з = Рз + £>

Р a ~ P i

е-

 

 

 

 

 

/ Если

то

P n = Pi + e,

Р 22 = Р 2 — е,

Р 33 = Р 3 — е,

Р и ~ Р i~\~®-

аппроксимации е:

 

Определим ошибку

 

 

 

P i — е

Р 3+ е

 

 

 

Р 2-}“ 8

Р 4— 8

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

8 =

Р гР 4-Р 2Р3

(3.26)

 

 

Pl+ P2+P3+ P4 '

Решение системы (3.24)

существует:

 

 

 

Pi+ P2

Pi

Рг + Рд

 

 

 

 

Р

Р

 

и оно единственное.

Таким образом, если исходная система уравнений (3.20), пред­ назначенная для моделирования функции <р (Я), не имеет един-

102


ственного решения, то она может быть аппроксимирована.

Запи­

шем

последовательность

действий

при

выполнении

аппрокси­

мации .

 

 

 

 

 

1.

Определяем коэффициенты P s

системы (3.20).

Если

нели­

нейность ср (А) задана таблицей, то коэффициенты P j

определяем

как

Р j = Дф (A)j j-e

приращение

функции ф {А).

Если

функция задана аналитически, то коэффициенты рассчиты­ ваются.

2. Составляем систему (3.21) и определяем точное значение р 1т. Полученное значение вероятности записываем в виде двоичной

дроби р г с заданной погрешностью представления етах ^

2“а+1>.

3. Составляем подсистему (3.22) и аппроксимируем ее.

Из урав­

нения (3.26) определяется ошибка аппроксимации е' и сравни­ вается с заданной погрешностью едоп.

Если еДоп > -8', то заданную функциональную зависимость можно считать аппроксимированной с заданной точностью и при­

нять р 3 = P i = р ь =

. . . = Pl

=

0,5.

 

 

Если едоп<^е', то подсистема

(3.22) единственного решения

не имеет, и поэтому определяем два значения д2т:

 

„(1) . Pl

т» „С2)

f L .

 

 

Ч 2т — _

и

ч

 

 

Qit

 

 

P i t

 

Полученные значения

и q(£j

записываем в виде двоичной дроби

ФГ и ФР с погрешностью представления етах ^

2 '(/+1).

4. Составляем подсистему уравнений (3.23).

Производим ап­

проксимацию этой подсистемы и определяем, используя (3.26),

погрешность г".

 

 

 

 

 

 

 

Если

едоп> 8 " ,

то функциональную зависимость считаем ап­

проксимированной

с погрешностью

е".

Выбираем далее р ъ =

= Рв =

••• =

Pi =

0,5.

 

 

 

 

 

Если 8Д0П<[ s",

то необходимо определить все четыре значения

„(1)

„(2)

_(3)

„(4)

(1)

(2)

„(3)

„(4)

 

!

? 3

I 4 3 1

43

1

44, 1 4 4 1

4 4 1

44

тех пор, пока не будут

5.

Указанный

процесс

повторяем

до

определены все I переменные системы уравнений (3.20). Отметим, что использование той или иной переменной из ряда

qlu, <?;2\ Ф3\ . . ., по существу, определяется участком аппрокси­ мации, т. е. в конечном счете, значением кода преобразуемого

числа А =

{ах, а 2, а3, . . ., at}.

Следовательно, некоторые (или

даже все)

разряды регистра РгА

ФПКВ можно считать управля­

ющими и использовать их для перестройки вероятностной части

ФПКВ.

 

 

Пример. Произведем синтез вероятностной

части ФПКВ,

воспроизводящего

нелинейную зависимость вида

 

 

Ф(Л) = 1/Л, 4 € ( 0 , 1)

 

с максимальной

погрешностью етах = едоп ^ 2~5

0,03.

103


Значения функции q> {А) заданы таблицей (табл. 9). Используя рекомендованную последовательность вычислитель­

ных операций, найдем, что в данном случае необходимо иметь

следующий

ряд

переменных:

р г , р $ \ р(22\

р 31},(

р(32), р(33),

 

 

 

 

Т а б л и ц а 9

Д анн ы е

д л я

си н теза Ф П К В ,

во сп р о и зв о д я щ е го

за в и си м о ст ь

<р(Л) = V~A

/

А

Ф (А)

Дф (А)

p iP

2 * / р

1

0,0625

0,25

0,25

0,246

0,245

2

0,125

0,354

0,104

0,111

0,356

3

0,1875

0,433

0,08

0,095

0,451

4

0,25

0,5

0,067

0,044

0,495

5

0,3125

0,56

0,06

0,067

0,562

6

0,375

0,6125

0,0525

0,06

0,622

7

0,4375

0,662

0,0495

0,052

0,674

8

0,5

0,707

0,045

0,0463

0,719

9

0,5625

0,75

0,043

0,0374

0,756

10

0,625'

0,791

0,041

0,0374

0,794

И

0,6875

0,829

0,038

0,0374

0,831

12

0,75

0,866

0,037

0,0374

0,869

13

0,8125

0,902

0,036

0,033

0,901

14

0,875

0,935

0,033

0,033

0,935

15

0,9375

0,9675

0,0325

0,033

0,968

16

1

1

0,0325

0,032

1,000

Ф ( А ) - % Р 1р

Pi

 

 

 

—0,005

 

9

+ 0,002

Р1==Рз = ~32

+ 0,018

 

10

—0,005

Р2 = Р * = 32

 

 

+ 0,002

 

9

Л _ [32

 

+0,01

 

14

Рз

32

 

+ 0,012

 

10

р2

32

 

+0,012

P i

15

32

 

+0,006

 

9

+0,003

P l ~

32

+ 0,002

 

15

+0,003

Р 2~

32

—0,001

 

1

 

Рз Р&~7Г

0

°

2

 

 

—0,0005

0

р^1’, р£2), р (3). Из них только пять переменных имеют различные значения вероятностей, одна из которых равна 0,5.

Для рассматриваемого примера решения, т. е. величины р 15 Рг1’, . . ., получены в виде двоичной дроби. Следовательно, полу­ чение этих вероятностей возможно с помощью соотношения (3.1). Применяя (3.1), получим четыре ФАЛ, на основе которых может

104


быть синтезирована вероятностная часть ФПКВ, реализующего зависимость <р{А) = V A :

zn = Xj_ (х2\/х3х4хь),

z12 = xe [ХтУxsx9a-^\Ja^(xs\Jx9\Jх1г)],

(3.27)

Z13 — x l 0 l^ 'llV ^ '12^'13‘^'14^3V ^"2 {X 1 2 \ / X 1 3) ] f l l V f l A o ,

Z14 “ ^16 [‘^'leV'^'17^18^2V ^ 2 (•^•17V^'18V^'X4)] ®lV ® 1® 1fi.

При ЭТОМ

P(zu )= P u

p (z12) = p$\ если аг = 0, я2= 0(1),

p(z12) = p^), если ах = 1, а2= 0(1),

Р (21з) = Рз\ если ах = 0, а2 = О,

Р (21з) == Рза)> если а1 = 0, а2 = 1,

P(zi3)= P s8), если а, = 1, а2 = 0(1),

р (zi4) = p41J, если ах = 0, я2 = 0,

P(zu )= P (*\ если ах = 0, а2 = 1,

Р (zi4) = Р48): если = 1, а2 = 0 (1).

Последний столбец таблицы 9 показывает способ разбиения аппроксимируемой кривой на три участка.

Таким образом, техническая реализация ФПКВ, осуществля­

ющего преобразование ср

( Л

)

=У А,

заключается в использовании

восемнадцати случайных

последо­

 

вательностей

с р (1)

=

0,5,

логи­

 

ческого преобразователя ЛП , реа­

 

лизующего

четыре

ФАЛ

(3.27),

 

и четырехразрядной схемы срав­

 

нения.

 

 

 

 

блок-схема

 

Соответствующая

 

 

устройства приведена на рис. 47.

 

Заметим, что два старших разряда

 

регистра

РгА

используются

как

 

управляющие.

 

 

 

 

 

 

В

таблице 9 представлены зна­

Рис. 47. ФПКВ, реализующий

чения

коэффициентов

P jp,

полу­

ченные

путем

вычислений

 

каж­

зависимость <р (А) = V А

дого

произведения системы

(3.20)

pl2s\ . . ., и соответствующие

по найденным значениям р г,

р ^ ,

значения реальных ошибок аппроксимации. Видно, что эти ошибки не превышают величины 0,018.

105


Система (3.20), вообще говоря, имеет решение, но не единствен-

ное по переменным р ^ р 2, . . - ,P i,e ели

и число независи-

1г-1

мых переменных в левой части равно 2‘ — 1. Метод решения этой системы аналогичен изложенному:

Яг= Pi + Р%+ • • • +

Зеч

н 4 1'-° II

 

41

а а )

^*11 Т

 

Чз

g ig 21}(

 

 

п (3)

 

Р'ъ + К 3

 

Чз

 

p i

 

 

я Г

Р г’

>

P i

 

 

 

„ т

Pl2

Г Р 22

Чз

-

 

 

QlP(2U

пт

Р ц

Р 24

Чз

-

 

 

л р |2)

и т. д.

Следовательно, рассмотренный метод кусочно-нелинейной ап­ проксимации позволяет сократить необходимое число переменных в сравнении с 2( — 1 решениями системы (3.20) за счет внесения ошибки аппроксимации. При уменьшении 8Д0П число переменных, необходимых для аппроксимации, естественно, возрастает.

В некоторых случаях, когда допустима аппроксимация нели­ нейной зависимости небольшим количеством отрезков, можно

ограничиться более простыми

 

рассуждениями

[75].

 

При

условии

pi

= 0,5

(i

=

к, к + 1,

. . .,

I, к > 1 )

система

уравнений

(3.20)

запишется

в

виде

 

 

 

 

 

 

 

Я\Яг •••Як-\2к~1~х= Pi,

'

 

 

 

 

 

 

Я1 Я2 ' ••4k-i2k~l~x= Р2,

.

 

(3 28^

 

 

 

 

P iP f

-Pk-i2k~l~x = P %u

 

 

 

Отсюда

видно, что

каждое

уравнение повторяется в

системе

21~к+1 раз.

Следовательно, на

каждом из

этих участков системы

интегральная функция (1.1) имеет постоянный наклон. Количе­ ство участков аппроксимации s получим, исключая из системы уравнений (3.28) тавтологии, т. е.

ЯгЯг ■■Як-i2k~l~x= Pi,

?i?2- ■•Pk-i2‘k~l~1 = P 2i-k+i+2i

k-i-i

P iP 2 - ■ ‘ P k-12

Таким образом, получаем

2 г k-1