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第三十六章 长谈(2 / 2)

蒙特卡罗模拟因摩纳哥著名的赌场而得名。它能够帮助人们从数学上表述物理、化学、工程、经济学以及环境动力学中一些非常复杂的相互作用。

数学家们称这种表述为“模式”,而当一种模式足够精确时,他能产生与实际操作中对同一条件相同的反应。但蒙特卡罗模拟有一个危险的缺陷:如果必须输入一个模式中的随机数并不像设想的那样是随机数,而却构成一些微妙的非随机模式,那么整个的模拟(及其预测结果)都可能是错的。

蒙特卡罗法优点:

1方法的误差与问题的维数无关。

2对于具有统计性质问题可以直接进行解决。

3对于连续性的问题不必进行离散化处理

蒙特卡罗法缺点:

1对于确定性问题需要转化成随机性问题。

2误差是概率误差。

3通常需要较多的计算步数n

蒙特卡罗方法的缺点及其改进

我们知道,蒙特卡罗方法是非常好用来做积分的。如果要算一个函数f(x)在区间[a,b]内的积分,我们可通过计算机利用蒙特卡罗方法来计算出积分近似值。即先估计一个比f(x)在区间[a,b]内最大值还要大的c,(必须保证f(x)在区间[a,b]不小于0)然后不断地在二维矩形区域[a,b]x[0,c]内随机产生随机数对(e,f),判断f与f(e)的大小,并统计f《f(e)的数量n,当产生点的数量n足够大时,计算出nn(b-a)c,这就是函数f(x)在区间[a,b]内的积分值。

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对蒙特卡罗方法的改进:如果要算一个函数f(x)在区间[a,b]内的积分,令s0,我们可以在区间[a,b]内产生n个随机数e,赋值:s+f(e)n(之所以这样做是为了防止溢出),当n足够大时,计算s(b-a),这就是函数f(x)在区间[a,b]内的积分值。改进方法的优点:

1维度降低,节省一半产生随机数的时间,

2相对精度更高,由于蒙特卡罗方法矩形上界需要估计,因此带来了一定的不确定性,估计值取得过大,显著提升计算时间,估计值取得过小,就会出现计算错误。而改进方法不需要估计!

3改进方法可以求解蒙特卡罗方法所不能计算的积分,求解范围更大,如果积分函数f(x)在区间[a,b]内是无界的,或者积分函数f(x)在区间[a,b]内有负值,蒙特卡罗方法就无法求解。

蒙特卡罗模拟基本原理及思想

当所要求解的问题是某种事件出现的概率,或者是某个随机变量的期望值时,它们可以通过某种“试验”的方法,得到这种事件出现的频率,或者这个随机变数的平均值,并用它们作为问题的解。这就是蒙特卡罗方法的基本思想。蒙特卡罗方法通过抓住事物运动的几何数量和几何特征,利用数学方法来加以模拟,即进行一种数字模拟实验。它是以一个概率模型为基础,按照这个模型所描绘的过程,通过模拟实验的结果,作为问题的近似解。可以把蒙特卡罗解题归结为三个主要步骤:构造或描述概率过程;实现从已知概率分布抽样;建立各种估计量。chaptererror

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