
   
Простейшее применение псевдослучайных чисел - это метод Монте-Карло. Он появился
в 1949 году вместе с публикацией статьи Н. Метрополиса и С. Услама "Метод Монте-Карло".
Это статистический метод, который может использоваться для вычисления интегралов,
расчёта систем массового обслуживания, решения систем алгебраических уравнений.
Основная идея метода состоит в том, что моделируется случайная величина ,
имеющая , где A - искомая величина. Для оценивания проводят
случайныю выборку из множества значений случайной величины. Хорошей оценкой
является среднее . Так как каждый конкретное значение оценки носит
случайный характер, то часто в качестве ответа указывается интервал и вероятность, с
которой точное значение попадёт в этот интервал. Такой интервал называется доверительным.
Для более точных оценок необходимо, чтобы имела возможно меньшую дисперсию.
Теперь можно перейти к конкретным примерам.
1. Задача Бюффона.
Классическая вероятностная задача, известная ещё в 18 веке. Пусть на бумаге
проведены тонкие параллельные линии на расстоянии h друг от друга. На
них случайным образом бросается игла длины l (l < h). Найти вероятность того что игла
пересечёт одну из линий.
Решение. Рассмотрим середину иглы. Расстояние от неё до ближайшей прямой обозначим за A.
A распределена равномерно на . Угол между иглой и прямой обозначим за .
распределена равномерно на . Тогда условие пересечения иглой прямой
запишется в виде .
Площадь под графиком равна . Искомая вероятность равна
отношению площади под графиком к площади прямоугольника , .
Так как эта вероятность оценивается экспериментально, то можно получить приближённое значение . Это
обстоятельство привело к тому, что многие математики 18-19 веков ставили такой эксперимент.
Компьютерная модель этого опыта служит лишь для демонстрации метода Монте-Карло, так как нельзя
получить случайные числа распределённые на не зная .
2. Вычисление определённых интегралов.
Пусть нам нужно вычислить интеграл . Считая G ограниченным в множеством, впишем его в
n-мерный параллелепипед . Введём . Тогда .
Очевидным представляется следующее утверждение: ,
где A - среднее значение f на G, а -
объём множества G.
Среднее значение можно оценить,
промоделировав большое число m n-мерных случайных величин равномерно распределённых на множестве K.
Для этого достаточно получить m*n одномерных случайных величин, распределённых на соответствующих отрезках.
Среднее значение равно ,
где - i-я n-мерная случайная величина.
Итак , . Вычисление простых (чаще одномерных)
интегралов методом Монте-Карло не оправдано, так как квадратурные формулы работают быстрее и точнее, но
для многократных интегралов эти формулы сильно усложняются, а метод Монте-Карло почти не требует изменений.
|