Генерация и преобразование псевдослучайных последовательностей чисел. Аппаратный и табличный способы

На практике используются три основных способа генерации случайных чисел: аппаратный (физический), табличный (файловый) и алгоритмический (программный).

Аппаратный способ. При этом способе генерации случайные числа вырабатываются специальной электронной приставкой — генератором (датчиком) случайных чисел,— служащей в качестве одного из внешних устройств ЭВМ. Таким образом, реализация этого способа генерации не требует дополнительных вычислительных операций ЭВМ по выработке случайных чисел, а необходима только

операция обращения к внешнему устройству (датчику). В качестве физического эффекта, лежащего в основе таких генераторов чисел, чаще всего используются шумы в электронных и полупроводниковых приборах, явления распада радиоактивных элементов и т. д. Однако аппаратный способ получения случайных чисел не позволяет гарантировать качество последовательности непосредственно во время моделирования системы на ЭВМ, а также повторно получать при моделировании одинаковые последовательности

чисел.

Табличный способ. Если случайные числа, оформленные в виде таблицы, помещать во внешнюю или оперативную память ЭВМ, предварительно сформировав из них соответствующий файл (массив чисел), то такой способ будет называться табличным. Однако этот способ получения случайных чисел при моделировании систем на ЭВМ обычно рационально использовать при сравнительно небольшом объеме таблицы и соответственно файла чисел, когда для хранения можно применять оперативную память. Хранение файла во внешней памяти при частном обращении в процессе статистического моделирования не рационально, так как вызывает увеличение затрат машинного времени при моделировании системы из-за необходимости обращения к внешнему накопителю. Возможны промежуточные способы организации файла, когда он переписывается в оперативную память периодически по частям. Это уменьшает время на обращение к внешней памяти, но сокращает объем оперативной памяти, который можно использовать для моделирования процесса функционирования системы .

7.Получение псевдослучайных последовательностей чисел с равномерным в интервале [a,b] и показательным законами распределения.

Пусть для величины z, имеющей заданное распределение, известна функция плотности распределения f(z). Тогда, используя свойство функции распределения принимать значение от 0 до 1 при изменении аргумента от -¥ до +¥, каждому значению х_i случайной величины X, равномерно распределенной в интервале [0,1], ставим в однозначное соответствие значение z_i, величины Z

(1)

Показательное распределение случайной величины имеет следующую функцию плотности распределения

(2)

где z > 0.

Подставим выражение (2) в (1), тогда

(3)

Так как (1- x_i) - случайная равномерно распределенная в интервале [0,1] величина, то

(4)

Теоретическое значение математического ожидания последовательности случайных чисел с показательным распределением

(5)

а дисперсия

(6)

Для формирования равномерно распределенных псевдослучайных чисел в интервале [a,b] достаточно случайное число x_i привести к интервалу [a,b] и сдвинуть на величину :

(7)

Теоретическое значение математического ожидания последовательности случайных равномерно распределенных чисел

(8)