Моделирование дискретно-стохастических систем (Р-схемы).

В общем виде вероятностный автомат (англ. probabilistic automat) можно определить как дискретный потактный преобразователь информации с памятью, функционирование которого в каждом такте зависит только от состояния памяти в нем и может быть описано статистически. Применение схем вероятностных автоматов (Р - схем) имеет важное значение для разработки методов проектирования дискретных систем, проявляющих статистически закономерное случайное поведение, для выяснения алгоритмических возможностей таких систем и обоснования границ целесообразности их использования, а также для решения задач синтеза по выбранному критерию дискретных стохастических систем, удовлетворяющих заданным ограничениям.

Введем математическое понятие Р-автомата, используя понятия, введенные для F-автомата. Рассмотрим множество элементами которого являются всевозможные пары , где и — элементы входного подмножества X и подмножества состояний соответственно. Если существуют две такие функции то с их помощью осуществляются отображения и , то говорят, что определяет автомат детерминированного типа.

Схемы вероятностных автоматов (Р-схем) применяются:

в проектировании дискретных систем, проявляющих статистически закономерное случайное поведение;

в определении алгоритмических возможностей систем;

в обосновании границ целесообразности их использования;

в решении задач синтеза по выбранному критерию дискретных стохастических систем, удовлетворяющих заданным ограничениям.

Математическое понятие Р-автомата формируется на понятиях, введенных для F-автомата.

Пусть множество G, элементами которого являются всевозможные пары где xi и zs — элементы входного подмножества X и подмножества состояний Z соответственно . Если существуют две такие функции и , то с их помощью осуществляются отображения и , то говорят, что (1) определяет конечный автомат детерминированного типа.

Введем более общую математическую схему. Пусть Ф — множество всевозможных пар вида (zk, yj), где yj — элемент выходного подмножества Y, т.е. . Пусть в любой элемент множества G индуцирует на множестве Ф некоторый закон распределения следующего вида:

При этом , (2) где bkj — вероятности перехода автомат в состояние zk и выдаче на выходе сигнала yj, если автомат был в состоянии z.S, и на его вход в момент времени поступил сигнал хi. Число таких распределений, представленных в виде таблиц, равно числу элементов множества G.

Обозначим множество этих таблиц через ^ В. Тогда четверка элементов (3) называется вероятностным автоматом (Р-автоматом).

У-детерминированного Р-автомата

Вероятностный автомат Мили

Очевидно, что с точки зрения математического аппарата задание Y – детерминированного Р – автомата эквивалентно заданию некоторой марковской цепи с конечным множеством состояний. В связи с этим аппарат марковских цепей является основным при использовании Р– схем для аналитических расчетов. Подобные Р– автоматы используют генераторы марковских последовательностей при построении процессов функционирования систем или воздействий внешней среды.

Марковские последовательности, согласно теореме Маркова, –это последовательность случайных величин, для которой справедливо выражение

где N – количество независимых испытаний; D–- дисперсия.

Такие Р– автоматы (Р– схемы) могут быть использованы для оценки различных характеристик исследуемых систем как для аналитических моделей, так и для имитационных моделей с использованием методов статистического моделирования.

Y – детерминированный Р– автомат можно задать двумя таблицами: переходов (табл.1.1) и выходов (табл.1.2).

Схемы вероятностных автоматов (Р-схем)применяются:

- в проектировании дискретных систем, проявляющих статистически закономерное случайное поведение;

- в определении алгоритмических возможностей систем;

- в обосновании границ целесообразности их использования;

- в решении задач синтеза по выбранному критерию дискретных стохастических систем, удовлетворяющих заданным ограничениям.

Математическое понятие Р-автоматаформируется на понятиях, введенныхдля F-автомата.