蒙特卡洛算法详讲
蒙特卡洛光线追踪法
蒙特卡洛光线追踪法一、介绍蒙特卡洛光线追踪法蒙特卡洛光线追踪法（Monte Carlo Ray Tracing）是一种基于概率统计的光线追踪算法，它通过随机采样来模拟光线在场景中传播的过程，从而实现对场景的真实感渲染。
与传统的光线追踪算法相比，蒙特卡洛光线追踪法具有更高的灵活性和更强的适应性，可以处理复杂场景、多次散射等问题。
二、蒙特卡洛光线追踪法原理1. 光线追踪在光线追踪中，我们从观察点出发向屏幕上每个像素发射一条射线，并计算该射线与场景中物体的交点。
如果存在交点，则从该交点出发向场景中发射新的反射或折射光线，并继续递归地进行计算。
2. 蒙特卡洛方法在传统的光线追踪中，我们需要对每个像素发射大量的射线才能得到较为真实的渲染效果。
而在蒙特卡洛光线追踪中，我们采用随机采样的方法来模拟光线的传播过程，从而减少了计算量。
具体来说，我们在每个像素上随机发射一定数量的光线，并计算这些光线与场景中物体的交点。
然后，根据一定的概率分布函数来确定光线反射或折射的方向，并继续递归地进行计算。
最终，将所有采样得到的颜色值进行平均，即可得到该像素的最终颜色值。
3. 全局照明在蒙特卡洛光线追踪中，我们还需要考虑全局照明问题。
具体来说，在每个交点处，我们需要计算该点与场景中其他物体之间的能量传输情况，并将其贡献到最终颜色值中。
为了实现全局照明效果，我们可以使用两种方法：直接光照和间接光照。
直接光照是指从交点处向场景中所有可见灯源发射一条阴影射线，并计算该射线与灯源之间的能量传输情况。
而间接光照则是指从交点处向场景中随机发射一条新的光线，并计算该光线与场景中其他物体之间的能量传输情况。
三、蒙特卡洛光线追踪法优缺点1. 优点（1）真实感渲染：蒙特卡洛光线追踪法可以模拟光线在场景中的真实传播过程，从而得到更加真实的渲染效果。
（2）适应性强：蒙特卡洛光线追踪法可以处理复杂场景、多次散射等问题，具有更高的灵活性和适应性。
（3）易于扩展：由于采用随机采样的方法，因此可以很容易地扩展到并行计算和分布式计算等领域。
马尔可夫链蒙特卡洛方法中的哈密尔顿蒙特卡洛算法解析(九)
马尔可夫链蒙特卡洛方法中的哈密尔顿蒙特卡洛算法解析在统计学、计算机科学和物理学等领域，马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法一直被广泛应用于随机抽样和模拟。
其中，哈密尔顿蒙特卡洛算法是MCMC方法的一种重要变种，它通过模拟哈密尔顿动力学系统来实现对目标分布的抽样。
本文将对哈密尔顿蒙特卡洛算法进行详细解析，介绍其基本原理、算法流程和应用场景。
1. 哈密尔顿蒙特卡洛算法的基本原理哈密尔顿蒙特卡洛算法是由物理学中的哈密尔顿力学系统所启发而来的，它模拟了粒子在势能场中的运动过程。
在MCMC方法中，通常需要从目标分布中抽样，而哈密尔顿蒙特卡洛算法则通过构造Hamiltonian函数来实现对目标分布的抽样。
Hamiltonian函数H(q, p)定义为系统的动能和势能之和，其中q表示系统的位置，p表示系统的动量。
通过Hamiltonian函数，可以得到系统在状态空间中的一组微分方程，即哈密尔顿方程。
在哈密尔顿蒙特卡洛算法中，需要通过数值积分的方式来模拟粒子在状态空间中的运动轨迹，从而实现对目标分布的抽样。
2. 哈密尔顿蒙特卡洛算法的具体流程在哈密尔顿蒙特卡洛算法中，需要依次进行以下步骤：（1）初始化系统状态。
根据目标分布的维度，随机初始化系统的位置和动量。
（2）模拟系统的运动轨迹。
通过数值积分的方法，模拟系统在状态空间中的运动轨迹，直到达到一定的时间步长或者满足一定的条件为止。
（3）接受或拒绝新状态。
根据Metropolis准则，判断新状态是否被接受，从而更新系统的状态。
（4）重复上述步骤，直到满足终止条件。
可以根据需要设置不同的终止条件，如达到一定的迭代次数或者满足一定的收敛准则。
3. 哈密尔顿蒙特卡洛算法的应用场景哈密尔顿蒙特卡洛算法在统计学和物理学等领域有着广泛的应用。
其中，一些具体的应用场景包括：（1）贝叶斯推断。
哈密尔顿蒙特卡洛算法可以用于贝叶斯推断问题的求解，特别是在高维参数空间中的情况下，相比于传统的MCMC方法有着更高的效率和收敛速度。
路径追踪的蒙特卡洛算法
路径追踪的蒙特卡洛算法路径追踪是一种计算图像的方法，它可以模拟真实光线在场景中的传播方式。
与传统的光栅化渲染算法不同，路径追踪可以更精确地计算光照效果，因此效果更真实，但计算时间也更长。
在该方法中，最重要的算法就是蒙特卡洛算法，本文将详细介绍路径追踪中的蒙特卡洛算法。
路径追踪算法的基本思想是从相机开始，跟踪每一条光线并计算它与场景中物体的交点和光照效果。
我们只需要在一定范围内随机选择光线方向，并在途中记录下每个物体的材质和光照，最终通过统计随机样本得到最终图像。
在路径追踪算法中，我们需要对每个像素生成一个光线。
这个光线的方向通常是朝向场景中心，但是我们需要在某个区域范围内进行随机扰动以降低噪声。
随机扰动可以通过基于方向向量的随机旋转来实现，也可以通过把像素点变换到相机空间、旋转它们，再变换回到世界空间来实现。
得到初始光线后，下一步是通过场景中的物体确定光线的最终位置。
在场景中，光线与物体的交点是一个非常重要的概念。
当光线经过物体时，我们需要计算它与物体的交点，并得到它交点的位置、法向量以及材质属性等信息。
这些信息可以用于计算光线的反射和折射等行为。
在确定出光线的交点和材料后，我们需要计算光照效果。
这个过程可以通过在光线路径上追踪下一条光线来实现。
在计算每个点的光照时，我们需要考虑光线发生的反射或折射，计算每个点的贡献，并向上回溯其路径以获得完整的图像。
在计算光线的路径时，我们需要使用概率来确定下一条要采样的路径。
概率分布函数可以基于物体表面材质和光源来生成。
这个过程可以理解为投掷一个骰子，骰子的面数代表了路径的数量，每条路径的概率与它的长度和光照效果有关系。
利用这些概率，我们可以选择随机的路径，获得更精确的结果。
蒙特卡洛算法是路径追踪算法中的关键环节。
它可以用于随机采样光线路径，并计算它们的概率分布。
在路径的生成过程中，我们需要使用这些概率来决定哪条路径最有可能对结果产生贡献。
如果我们对每个像素都追踪足够多的路径，就可以得到尽可能真实的计算结果。
主元素问题蒙特卡洛算法
主元素问题蒙特卡洛算法1. 引言主元素问题是一个在计算机科学领域中常见的问题，涉及到数学和算法。
在一个包含n个元素的数组中，如果某个元素的出现次数超过n/2，那么这个元素就被称为主元素。
主元素问题的解决方法有很多，其中之一就是蒙特卡洛算法。
2. 蒙特卡洛算法概述蒙特卡洛算法是一种基于概率统计的算法，通过模拟重复实验来解决问题。
它通常使用随机数来进行模拟，通过大量的模拟实验来估计问题的概率或得到问题的近似解。
在主元素问题中，蒙特卡洛算法可以用来判断一个给定的元素是否为主元素。
3. 蒙特卡洛算法解决主元素问题3.1 算法思想蒙特卡洛算法解决主元素问题的思想很简单，就是随机选择数组中的元素并判断其是否为主元素，通过多次重复实验来得到一个概率估计。
具体步骤如下：1.随机选择数组中的一个元素；2.在数组中计算该元素的出现次数；3.判断该元素的出现次数是否超过n/2；4.重复上述步骤多次，取所有实验中判断为主元素的元素中出现次数最多的作为最终的估计结果。
3.2 算法实现下面是蒙特卡洛算法解决主元素问题的实现代码（使用Python语言）：import randomdef monte_carlo_majority(arr):n = len(arr)experiments = 1000experiment_results = []for _ in range(experiments):random_index = random.randint(0, n-1)random_element = arr[random_index]count = arr.count(random_element)if count > n/2:experiment_results.append(random_element)if len(experiment_results) == 0:return Nonemax_count = 0majority_element = Nonefor element in experiment_results:count = arr.count(element)if count > max_count:max_count = countmajority_element = elementreturn majority_element4. 算法分析与复杂度4.1 算法正确性分析蒙特卡洛算法解决主元素问题的正确性可以通过概率统计的方法来进行分析。
蒙特卡洛近似法
蒙特卡洛近似法蒙特卡洛近似法是一种利用随机抽样的方法来估计复杂计算问题的解的算法。
该算法以蒙特卡洛赌场为名，因为它的基本原理就是通过大量的随机采样来逼近真实情况，就像在赌场玩游戏一样。
下面将从算法的原理、应用场景和优缺点三个方面来详细介绍蒙特卡洛近似法。
一、算法原理蒙特卡洛近似法是一种随机化算法。
它的基本思想是，对于一个计算问题，我们无法直接求出它的解，但是可以采用随机抽样的方法来逼近它的解。
具体来说，算法流程如下：1. 对于需要求解的问题，我们可以将其转化为某个随机变量的期望。
例如，我们需要求解一个随机变量的期望值 E(X)，可以表示为 E(X) =∫xf(x)dx，其中 f(x) 是 X 的概率密度函数。
这样，我们的问题就转化为求解这个期望值。
2. 为了估计这个期望值，我们可以通过随机抽样的方法来模拟 X 的分布。
具体来说，我们可以生成 n 个服从 f(x) 分布的随机变量X1,X2,…,Xn，然后根据它们的平均值来估计 E(X)，即E(X) ≈(X1+X2+…+Xn)/n。
3. 当样本数 n 越来越大时，我们得到的估计值会越来越接近真实值。
这是因为根据大数定律，样本均值会以概率1收敛到期望值。
二、应用场景蒙特卡洛近似法在科学计算和工程问题中有着广泛的应用。
其典型应用包括：1. 财务分析：用于预测金融市场的波动性和风险。
2. 物理仿真：用于计算复杂的物理系统的行为，例如量子力学、原子结构和热力学。
3. 生物医学：用于评估疾病治疗和预防方法的效果，以及进行药物筛选和基因研究。
4. 工程设计：用于设计、建模和测试高风险系统，例如火箭、核反应堆和汽车碰撞测试。
三、优缺点蒙特卡洛近似法具有以下优点：1. 精度高：当样本数趋近于无穷大时，该算法能够提供接近真实值的估计。
2. 算法简单：该算法只需要进行随机抽样和简单的平均计算，算法流程简单易懂。
3. 可处理高维问题：该算法能够处理高维的计算问题，没有维度的限制。
蒙特卡洛树算法 ucb1算法公式两项的含义
蒙特卡洛树算法ucb1算法公式两项的含义摘要：一、蒙特卡洛树算法（MCTS）简介二、UCB1算法原理及公式含义1.探索与利用的平衡2.公式推导与解释三、MCTS在实际应用中的优势与局限四、总结与展望正文：一、蒙特卡洛树算法（MCTS）简介蒙特卡洛树算法（Monte Carlo Tree Search，简称MCTS）是一种随机模拟算法，广泛应用于博弈、机器学习等领域。
它通过多次随机模拟进行搜索，逐步构建一颗搜索树，并根据搜索树的结果来选择最优策略。
MCTS算法在每一步都会重复进行多次随机模拟，对每个状态进行探索，并选择具有较高UCB1值的策略。
二、UCB1算法原理及公式含义1.探索与利用的平衡UCB1（Upper Confidence Bound 1）算法在MCTS中起到平衡探索与利用的作用。
探索是指尝试新的状态或策略，以发现更好的结果；利用则是对已有的状态或策略进行重复试验，以提高结果的准确性。
UCB1算法在每一步通过计算每个状态的期望回报，平衡探索与利用的关系。
2.公式推导与解释UCB1算法的核心公式如下：π_i = argmax_a (Q_i(a) + c * √(N_i(a) * log(N)))其中，π_i表示在第i次迭代时选择的动作；Q_i(a)表示状态i下选择动作a的期望回报；N_i(a)表示状态i下选择动作a的试验次数；N表示总的试验次数；c为调节探索与利用的参数。
公式中的第一部分Q_i(a)表示利用已有数据得到的期望回报，第二部分√(N_i(a) * log(N))表示探索部分，随着试验次数的增加，探索部分逐渐减小，以实现探索与利用的平衡。
三、MCTS在实际应用中的优势与局限1.优势：- 适用于大规模问题，因为MCTS可以在每次迭代中快速剪枝，减少计算量。
- 能应对动态环境，因为MCTS可以根据新数据不断更新策略。
- 具有较好的泛化能力，因为MCTS通过随机模拟进行搜索，能较好地处理不确定性问题。
蒙特卡罗方法讲解
蒙特卡罗方法讲解
蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method）又称几何表面积法，是用来解决统计及数值分析问题的一种算法。
蒙特卡洛方法利用了随机数，其特点是算法简单，可以解决复杂的统计问题，并得到较好的结果。
蒙特卡洛方法可以被认为是统计学中一种具体的模拟技术，可以通过模拟仿真的方式来估算一个问题的可能解。
它首先利用穷举或随机的方法获得随机变量的统计数据，然后针对该统计数据利用数理统计学的方法获得解决问题的推断性结果，例如积分、概率等。
蒙特卡洛方法在计算机科学中的应用非常广泛，可以用来模拟统计物理、金融工程、统计数据反演、运行时参数优化以及系统可靠性计算等问题，因此广泛被用于许多不同的领域。
蒙特卡洛方法的基本思想是：将一个难以解决的复杂问题，通过把它分解成多个简单的子问题，再用数学方法求解这些子问题，最后综合这些简单问题的结果得到整个问题的解。
蒙特卡洛方法的这种思路，也称作“积分”，即将一个复杂的问题，分解成若干小问题，求解它们的结果，再综合起来，得到整体的结果。
蒙特卡洛方法以蒙特卡罗游戏为基础，用统计学的方法对游戏进行建模。
马尔可夫链蒙特卡洛方法中的哈密尔顿蒙特卡洛算法解析(Ⅱ)
马尔可夫链蒙特卡洛方法中的哈密尔顿蒙特卡洛算法解析1. 引言马尔可夫链蒙特卡洛方法（MCMC）是一种在概率统计中广泛应用的方法，它通过构建马尔可夫链来模拟复杂的概率分布。
其中，哈密尔顿蒙特卡洛算法（HMC）作为MCMC的一种变种，在处理高维问题时表现出了更高的效率和准确性。
本文将对HMC算法进行解析，探讨其原理和应用。
2. 哈密尔顿蒙特卡洛算法原理HMC算法是一种基于哈密尔顿力学的蒙特卡洛方法，其核心思想是通过模拟物理中的哈密尔顿系统来生成样本。
哈密尔顿系统可以描述系统在动力学过程中能量的变化，其关键方程为哈密尔顿方程：\[ \frac{d\boldsymbol{q}}{dt} = \frac{\partial H}{\partial\boldsymbol{p}},\ \ \frac{d\boldsymbol{p}}{dt} = -\frac{\partialH}{\partial \boldsymbol{q}} \]其中，\( \boldsymbol{q} \)表示广义坐标，\( \boldsymbol{p} \)表示广义动量，\( H \)为哈密尔顿函数。
HMC算法的基本步骤如下：- 选取初始状态\( \boldsymbol{q}_0 \)和\( \boldsymbol{p}_0 \)；- 通过哈密尔顿动力学方程模拟动力学轨迹，得到新的状态\( \boldsymbol{q}_1 \)和\( \boldsymbol{p}_1 \)；- 根据接受概率决定是否接受新状态，若接受则转移到新状态，否则保持原状态。
3. 哈密尔顿蒙特卡洛算法应用HMC算法在贝叶斯统计推断中得到了广泛的应用。
在贝叶斯框架下，我们希望从后验分布中抽取样本，以进行参数估计和预测。
然而，后验分布通常是复杂的多维分布，传统的MCMC方法往往在高维空间中遇到了维度灾难的困扰。
HMC算法通过模拟哈密尔顿动力学系统，能够在高维空间中更高效地生成样本，提高了采样的效率。
蒙特卡洛试验检验算法
蒙特卡洛试验检验算法蒙特卡洛试验是一种基于随机抽样的数值计算方法，广泛应用于科学研究、金融风险评估、工程设计等领域。
本文将介绍蒙特卡洛试验的原理、应用和优缺点。
一、蒙特卡洛试验的原理蒙特卡洛试验原理基于概率统计的思想，通过随机抽样和统计分析的方法，对未知或复杂问题进行数值计算和模拟。
其基本步骤如下：1. 定义问题：明确问题的数学模型和待求解的目标。
2. 设定参数：确定问题中的各个参数和变量，并为它们设定合适的取值范围。
3. 随机抽样：根据设定的参数范围，利用随机数发生器生成一组符合概率分布的随机数。
4. 计算模拟：使用生成的随机数代入数学模型，进行数值计算和模拟，得出结果。
5. 统计分析：对多次试验的结果进行统计分析，得出问题的近似解或概率分布。
二、蒙特卡洛试验的应用蒙特卡洛试验在各个领域有着广泛的应用，以下是几个典型的应用案例：1. 金融风险评估：蒙特卡洛试验可以用于评估金融市场中的风险。
通过随机模拟资产价格的变动情况，可以计算出投资组合的价值在不同市场情况下的分布，进而评估投资组合的风险水平。
2. 工程设计：在工程设计中，蒙特卡洛试验可以用于评估设计方案的可靠性。
通过模拟不同参数的随机变化，可以分析设计方案在不同情况下的性能表现，并评估其可靠性和安全性。
3. 科学研究：蒙特卡洛试验在科学研究中常用于模拟实验。
例如，在天体物理学中，可以使用蒙特卡洛试验模拟宇宙的演化过程；在生物医学领域，可以使用蒙特卡洛试验模拟药物的作用机制。
4. 优化问题：蒙特卡洛试验也可以用于解决优化问题。
通过多次随机抽样和计算模拟，可以搜索解空间中的最优解或接近最优解的解。
三、蒙特卡洛试验的优缺点蒙特卡洛试验作为一种数值计算方法，具有以下优点：1. 灵活性：蒙特卡洛试验适用于多种复杂问题，不受问题形式和参数分布的限制。
2. 可靠性：通过增加试验次数，可以提高结果的准确性和可靠性。
3. 直观性：蒙特卡洛试验的结果通常以概率分布的形式呈现，直观易懂。
蒙特卡罗(Monte Carlo method)方法知识详解
蒙特卡罗（Monte Carlo method）方法知识详解蒙特卡罗方法（英语：Monte Carlo method），也称统计模拟方法，是1940年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而提出的一种以概率统计理论为指导的数值计算方法。
是指使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。
20世纪40年代，在冯·诺伊曼，斯塔尼斯拉夫·乌拉姆和尼古拉斯·梅特罗波利斯在洛斯阿拉莫斯国家实验室为核武器计划工作时，发明了蒙特卡罗方法。
因为乌拉姆的叔叔经常在摩纳哥的蒙特卡洛赌场输钱得名，而蒙特卡罗方法正是以概率为基础的方法。
与它对应的是确定性算法。
蒙特卡罗方法在金融工程学、宏观经济学、生物医学、计算物理学（如粒子输运计算、量子热力学计算、空气动力学计算）机器学习等领域应用广泛。
一、蒙特卡罗方法的基本思想通常蒙特卡罗方法可以粗略地分成两类：一类是所求解的问题本身具有内在的随机性，借助计算机的运算能力可以直接模拟这种随机的过程。
例如在核物理研究中，分析中子在反应堆中的传输过程。
中子与原子核作用受到量子力学规律的制约，人们只能知道它们相互作用发生的概率，却无法准确获得中子与原子核作用时的位置以及裂变产生的新中子的行进速率和方向。
科学家依据其概率进行随机抽样得到裂变位置、速度和方向，这样模拟大量中子的行为后，经过统计就能获得中子传输的范围，作为反应堆设计的依据。
另一种类型是所求解问题可以转化为某种随机分布的特征数，比如随机事件出现的概率，或者随机变量的期望值。
通过随机抽样的方法，以随机事件出现的频率估计其概率，或者以抽样的数字特征估算随机变量的数字特征，并将其作为问题的解。
这种方法多用于求解复杂的多维积分问题。
假设我们要计算一个不规则图形的面积，那么图形的不规则程度和分析性计算（比如，积分）的复杂程度是成正比的。
蒙特卡罗方法基于这样的思想：假想你有一袋豆子，把豆子均匀地朝这个图形上撒，然后数这个图形之中有多少颗豆子，这个豆子的数目就是图形的面积。
马尔可夫链蒙特卡洛算法的详细步骤解析
马尔可夫链蒙特卡洛算法的详细步骤解析马尔可夫链蒙特卡洛算法（Markov Chain Monte Carlo，MCMC）是一种基于统计的随机模拟算法，用于从复杂的概率分布中抽取样本。
在实际应用中，MCMC算法被广泛用于概率推断、参数估计、贝叶斯统计等问题的求解。
本文将详细解析MCMC算法的步骤及其原理，以便读者能够更好地理解和应用该算法。
1. 马尔可夫链MCMC算法的核心是马尔可夫链。
马尔可夫链是一个随机过程，具有“无记忆”的性质，即未来的状态只依赖于当前的状态，与过去的状态无关。
假设我们要从一个概率分布π(x)中抽取样本，可以构造一个转移核函数Q(x'|x)，表示在当前状态为x时，下一个状态为x'的概率。
若满足细致平稳条件，即π(x)Q(x'|x) =π(x')Q(x|x')，则该马尔可夫链的平稳分布即为π(x)。
MCMC算法利用马尔可夫链的平稳分布来抽取样本。
2. Metropolis-Hastings算法Metropolis-Hastings算法是MCMC算法的一种经典实现。
其步骤如下：（1）初始化：选择一个初始状态x(0)。
（2）抽样：根据转移核函数Q(x'|x)抽取候选状态x'。
（3）接受-拒绝：计算接受概率α = min{1, π(x')Q(x|x') /π(x)Q(x'|x)}。
以α为概率接受候选状态x'，否则保持当前状态x。
（4）迭代：重复步骤（2）和（3），直到达到设定的抽样次数。
Metropolis-Hastings算法通过接受-拒绝的方式生成符合目标分布π(x)的样本，但其效率较低。
因此，后续提出了各种改进算法，如Gibbs抽样、Hamiltonian Monte Carlo等。
3. Gibbs抽样Gibbs抽样是一种特殊的MCMC算法，适用于多维变量的联合分布抽样。
其步骤如下：（1）初始化：选择一个初始状态x(0)。
一文详解蒙特卡洛（MonteCarlo）法及其应用
⼀⽂详解蒙特卡洛（MonteCarlo）法及其应⽤概述蒙特卡罗⽅法是⼀种计算⽅法。
原理是通过⼤量随机样本，去了解⼀个系统，进⽽得到所要计算的值。
它⾮常强⼤和灵活，⼜相当简单易懂，很容易实现。
对于许多问题来说，它往往是最简单的计算⽅法，有时甚⾄是唯⼀可⾏的⽅法。
它诞⽣于上个世纪40年代美国的"曼哈顿计划"，名字来源于赌城蒙特卡罗，象征概率。
π的计算第⼀个例⼦是，如何⽤蒙特卡罗⽅法计算圆周率π。
正⽅形内部有⼀个相切的圆，它们的⾯积之⽐是π/4。
现在，在这个正⽅形内部，随机产⽣10000个点（即10000个坐标对 (x, y)），计算它们与中⼼点的距离，从⽽判断是否落在圆的内部。
如果这些点均匀分布，那么圆内的点应该占到所有点的π/4，因此将这个⽐值乘以4，就是π的值。
通过R语⾔脚本随机模拟30000个点，π的估算值与真实值相差0.07%。
⽆意识统计学家法则（Law of the unconscious statistician）这是本⽂后续会⽤到的⼀个定理。
作为⼀个预备知识，我们⾸先来介绍⼀下它。
先来看⼀下维基百科上给出的解释。
In probability theory and statistics, the law of the unconscious statistician (sometimes abbreviated LOTUS) is a theorem used to calculate the 期望值 of a function of a 随机变量 when one knows the probability distribution of but one does not explicitly know the distribution of . The form of the law can depend on the form in which one states the probability distribution of the 随机变量 .If it is a discrete distribution and one knows its PMF function (but not ), then the 期望值 of iswhere the sum is over all possible values of .If it is a continuous distribution and one knows its PDF function (but not ), then the 期望值 of isLOTUS到底表达了⼀件什么事呢？它的意思是：已知随机变量的概率分布，但不知道的分布，此时⽤LOTUS公式能计算出函数的数学期望。
马尔可夫链蒙特卡洛算法的详细步骤解析(Ⅲ)
马尔可夫链蒙特卡洛算法的详细步骤解析1. 蒙特卡洛模拟的基本原理蒙特卡洛模拟是指通过随机抽样的方法来估计一些数学问题的解。
它的基本原理是利用大量的随机样本来近似估计和计算数学问题的解。
在实际应用中，蒙特卡洛模拟通常用于求解无法通过解析方法得到精确解的问题。
2. 马尔可夫链的基本概念马尔可夫链是指一个具有马尔可夫性质的随机过程。
这种性质是指给定当前的状态，未来的状态只与当前状态有关，而与过去的状态无关。
马尔可夫链具有平稳分布和转移矩阵等基本属性。
3. 马尔可夫链蒙特卡洛算法的基本思想马尔可夫链蒙特卡洛算法是一种基于马尔可夫链的蒙特卡洛模拟方法。
其基本思想是通过构建一个满足平稳分布的马尔可夫链，利用该链的平稳分布来估计和计算数学问题的解。
该算法的核心在于构建马尔可夫链和利用该链进行随机抽样。
4. 马尔可夫链蒙特卡洛算法的详细步骤（1）初始化：选择一个合适的初始状态，并根据转移概率矩阵进行状态转移，直到达到平稳分布。
（2）平稳分布的估计：通过对平稳分布进行随机抽样，估计得到平稳分布的近似值。
（3）数学问题的解估计：利用平稳分布的近似值来估计和计算数学问题的解。
5. 马尔可夫链蒙特卡洛算法的应用马尔可夫链蒙特卡洛算法在估计和计算复杂的数学问题上具有广泛的应用。
例如在金融领域中，可以用该算法来估计股票价格的随机波动；在统计学中，可以用该算法来估计参数的置信区间等。
6. 马尔可夫链蒙特卡洛算法的优缺点（1）优点：该算法可以用于估计和计算各种复杂的数学问题，且不需要事先对问题进行特定的假设和简化。
（2）缺点：该算法需要大量的计算和存储资源，并且在某些情况下可能收敛速度较慢。
7. 马尔可夫链蒙特卡洛算法的改进针对算法的收敛速度较慢的问题，可以通过改进马尔可夫链的构建方式和转移概率矩阵来提高算法的效率。
例如可以采用多链并行的方式来构建马尔可夫链，以加快算法的收敛速度。
8. 结语马尔可夫链蒙特卡洛算法是一种基于马尔可夫链的蒙特卡洛模拟方法，通过构建满足平稳分布的马尔可夫链来估计和计算数学问题的解。
哈密顿蒙特卡洛算法
哈密顿蒙特卡洛算法（Hamiltonian Monte Carlo, HMC）是一种用于统计推断的强大马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法。
它在许多复杂的统计模型，特别是贝叶斯统计中，表现出了卓越的性能。
HMC结合了物理学中的哈密顿动力学与蒙特卡洛采样技术，有效地解决了传统MCMC方法在处理高维分布时面临的困难。
首先，我们来了解一下蒙特卡洛方法。
蒙特卡洛方法是一类通过随机数（或更一般地，伪随机数）进行数值计算的方法。
在统计物理、粒子输运、真空技术、激光技术、生物医学等多个领域都有广泛应用。
蒙特卡洛方法的基本思想是通过大量随机抽样来估计某个难以直接计算的量。
例如，我们可以用蒙特卡洛方法估算圆周率π的值，或者求解复杂的定积分问题。
然而，传统的蒙特卡洛方法在处理高维分布时效率较低。
为了克服这一问题，哈密顿蒙特卡洛算法应运而生。
HMC算法利用了物理学中的哈密顿动力学原理。
在哈密顿系统中，系统的状态由位置变量和动量变量共同描述，而系统的演化则遵循哈密顿方程。
HMC算法将这些物理概念引入到统计采样中，通过模拟哈密顿动力系统的演化过程来生成样本。
具体来说，HMC算法从一个给定的初始状态开始，然后在每一步中，根据哈密顿方程更新位置和动量。
这个过程相当于在目标分布上进行一次“模拟”的物理运动。
经过一段时间后，系统达到一个新的状态，这个状态被接受作为样本的一部分。
通过重复这个过程，HMC算法可以生成一系列样本，这些样本渐进地服从目标分布。
HMC算法的关键在于如何选择合适的哈密顿函数以及如何模拟哈密顿动力系统的演化。
一般来说，我们需要根据目标分布的特点来构造哈密顿函数，以确保生成的样本能够准确地反映目标分布的特性。
同时，我们还需要选择合适的数值积分方法来模拟哈密顿方程的演化过程，以保证算法的精度和效率。
相比于传统的蒙特卡洛方法，HMC算法具有更高的采样效率和更好的样本质量。
它能够有效地探索高维空间中的复杂分布，并生成与目标分布更为接近的样本。
蒙特卡洛算法范文
蒙特卡洛算法范文蒙特卡洛算法（Monte Carlo Algorithm）是一种以概率统计方法为基础的计算方法，由于其随机性和模拟的特点，广泛应用于数值计算、风险评估、优化问题等领域。
本文将从原理、应用以及优缺点三个方面来详细介绍蒙特卡洛算法。
蒙特卡洛算法的原理基于统计学中的大数定律，即在大量的独立事件中，事件的频率收敛到事件的概率。
它通过随机抽样的方法，对问题进行模拟，通过多次重复实验得到的近似概率分布来估计相关的数值。
蒙特卡洛算法适用于无法通过解析方法求解的问题，可以通过模拟来近似计算。
蒙特卡洛算法的应用非常广泛，可以用于求解各种数学问题，例如求解积分、求解方程、求解微分方程等，在金融领域中，也广泛应用于期权定价、风险评估、投资组合优化等问题中。
此外，蒙特卡洛算法还可以用于计算机图形学中的光线追踪和物理仿真中的粒子模拟等。
蒙特卡洛算法的优点主要有以下几个方面。
首先，它适用于各种不规则、复杂的问题，无论问题是否可微分都可以使用蒙特卡洛算法求解。
其次，蒙特卡洛算法的结果是近似值，可以通过增加模拟次数来提高结果的精确性。
另外，蒙特卡洛算法可以并行计算，在处理大规模问题时具有一定的优势。
此外，蒙特卡洛算法相对简单直观，易于理解和实现。
然而，蒙特卡洛算法也存在一些缺点。
首先，由于是随机采样的方法，需要大量的随机抽样来达到较高的精度，因此计算成本较高。
其次，在采样过程中，数据的方差较大，可能会导致结果的不稳定性。
此外，蒙特卡洛算法对问题的维数敏感，高维问题需要更多的样本才能获得准确结果。
最后，蒙特卡洛算法依赖于概率分布的可生成性和采样的独立性，对于一些问题可能并不适用。
综上所述，蒙特卡洛算法作为一种基于概率统计的计算方法，具有广泛的应用场景和很多优点，但也存在一定的局限性。
在实际应用中，我们需要根据具体问题的性质和需求，合理选择蒙特卡洛算法的应用方式，并结合其他方法进行综合分析和求解，以达到更好的结果。
蒙洛卡特算法
蒙洛卡特算法蒙洛卡特算法是一种基于随机抽样技术的数值计算方法，广泛应用于风险评估、金融衍生品定价、物理模拟等众多领域。
本文将对蒙洛卡特算法的原理、应用以及优势进行介绍。
一、蒙洛卡特算法原理蒙特卡洛算法是一种随机化算法，基于随机抽样的方法获取样本来求解问题。
直接蒙特卡洛算法是一种非常原始的方法，将问题转化为一个期望值，使用随机抽样的方法进行估计。
而蒙洛卡特算法则是通过改进直接蒙特卡洛算法，使得随机抽样的效率更高。
具体来说，蒙洛卡特算法首先通过随机抽样的方法生成多个独立的随机数序列，这些序列称为样本。
然后，将这些样本输入到函数中进行计算，最后对计算结果进行统计分析得到估计值。
蒙洛卡特算法有以下几个特点：1. 独立性。
样本之间应该是相互独立的，这意味着每个样本都是完全独立于其他样本的，并且可以多次使用。
2. 随机性。
随机抽样的过程应该是完全随机的，这意味着每个样本的值应该是随机的，并且应该具有相同的概率分布。
3. 代表性。
样本应该是代表性的，这意味着样本的数量应该足够大，以及样本应该来自于整个概率分布的区域。
4. 收敛性。
当样本数量足够大时，蒙洛卡特算法会收敛于真值。
二、蒙洛卡特算法应用1. 风险评估。
用蒙洛卡特算法进行风险评估，可以帮助投资者更加准确地评估投资的风险。
2. 金融衍生产品定价。
蒙洛卡特算法可以帮助金融衍生产品的定价，例如期权、期货等。
3. 物理模拟。
使用蒙洛卡特算法可以模拟物理系统，例如量子场论、蒙特卡洛模拟等。
4. 优化模型。
蒙洛卡特算法可以用于优化模型，例如寻找一个函数的最小值或最大值。
三、蒙洛卡特算法优势1. 可分布计算。
蒙洛卡特算法允许在分布式计算环境下运行，这使得它能够利用并行计算的优势来提高计算效率。
2. 适应高维数据。
相比于其他的数值计算方法，蒙洛卡特算法在处理高维数据时表现更加优秀。
3. 不要求导数。
相比较于一些需要求导数的数值计算方法，例如最优化算法和差分方程算法，蒙洛卡特算法不需要对函数进行求导。
monte+carlo(蒙特卡洛方法)解析
蒙特卡洛方法是一种基于随机抽样的数值计算方法，广泛应用于金融学、物理学、工程学和计算机科学等领域。
它的原理是通过随机抽样来估计数学模型的结果，通过大量重复实验来逼近真实值。
在本文中，我们将探讨蒙特卡洛方法的原理、应用和局限，并共享个人对这一方法的理解和观点。
1. 蒙特卡洛方法的原理蒙特卡洛方法的核心思想是利用随机数来处理问题。
它通过生成大量的随机数，利用这些随机数的统计特性来近似求解问题。
在金融衍生品定价中，我们可以使用蒙特卡洛方法来模拟股票价格的随机漫步，从而估计期权合约的价格。
通过不断模拟股票价格的变化，并计算期权合约的价值，最终得到一个接近真实值的结果。
2. 蒙特卡洛方法的应用蒙特卡洛方法在金融领域被广泛应用于期权定价、风险管理和投资组合优化等问题。
在物理学中，蒙特卡洛方法可以用于模拟粒子的运动，求解无法用解析方法求解的复杂系统。
在工程学和计算机科学中，蒙特卡洛方法可以用于求解概率分布、优化问题和模拟系统行为。
3. 蒙特卡洛方法的局限虽然蒙特卡洛方法有着广泛的应用，但也存在一些局限性。
蒙特卡洛方法通常需要大量的随机抽样，计算成本较高。
随机性导致了结果的不确定性，需要进行大量的实验才能得到可靠的结果。
蒙特卡洛方法在高维问题和高精度要求下计算效率低下，需要借助其他数值方法进行辅助。
4. 个人观点和理解个人认为蒙特卡洛方法是一种非常强大的数值计算方法，能够解决复杂问题和高维问题。
它的随机性使得结果更加贴近真实情况，有利于处理实际情况中的不确定性和风险。
但是在实际应用中，需要注意随机抽样的方法和计算成本，并且需要结合其他数值方法进行验证和辅助，以确保结果的准确性和可靠性。
总结回顾蒙特卡洛方法是一种基于随机抽样的数值计算方法，通过大量重复实验来逼近真实值。
它在金融学、物理学、工程学和计算机科学等领域有着广泛的应用。
然而，蒙特卡洛方法也存在一些局限性，需要结合其他数值方法来弥补其不足。
个人认为蒙特卡洛方法是一种强大的数值计算方法，能够处理复杂和高维问题，但在实际应用中需要注意其随机性和计算成本。
蒙特卡洛方法及应用
蒙特卡洛方法及应用蒙特卡洛方法是一种基于随机采样的数值计算方法，它在各种科学和工程领域中都有着广泛的应用。
本文将介绍蒙特卡洛方法的基本原理、算法和在各个领域中的应用，以帮助读者更好地理解和应用这种方法。
蒙特卡洛方法是一种基于概率的统计方法，它通过随机采样来模拟复杂系统的行为。
这种方法最早起源于20世纪中叶，当时科学家们在使用计算机进行数值计算时遇到了很多困难，而蒙特卡洛方法提供了一种有效的解决方案。
蒙特卡洛方法的基本原理是，通过随机采样来模拟系统的行为，并通过对采样结果进行统计分析来得到系统的近似结果。
这种方法的关键在于，采样越充分，结果越接近真实值。
蒙特卡洛方法的算法主要包括以下步骤：1、定义系统的概率模型；2、使用随机数生成器进行随机采样；3、对采样结果进行统计分析，得到系统的近似结果。
蒙特卡洛方法在各个领域中都有着广泛的应用。
例如，在金融领域中，蒙特卡洛方法被用来模拟股票价格的变化，从而帮助投资者进行风险评估和投资策略的制定。
在物理领域中，蒙特卡洛方法被用来模拟物质的性质和行为，例如固体的密度、液体的表面张力等。
在工程领域中，蒙特卡洛方法被用来进行结构分析和优化设计等。
总之，蒙特卡洛方法是一种非常有用的数值计算方法，它通过随机采样和统计分析来得到系统的近似结果。
这种方法在各个领域中都有着广泛的应用，并为很多实际问题的解决提供了一种有效的解决方案。
随着金融市场的不断发展，期权作为一种重要的金融衍生品，其定价问题越来越受到。
而蒙特卡洛方法和拟蒙特卡洛方法作为两种广泛应用的定价方法，具有各自的特点和优势。
本文将对这两种方法在期权定价中的应用进行比较研究，旨在为实际操作提供理论支持和指导。
一、蒙特卡洛方法蒙特卡洛方法是一种基于随机模拟的数学方法，其基本原理是通过重复抽样模拟金融市场的各种可能情况，从而得到期权的预期收益。
该方法具有以下优点：1、可以处理复杂的金融市场情况，包括非线性、随机性和不确定性的问题。
MonteCarlo(蒙特卡洛算法)算法
用Monte Carlo 计算定积分
考虑积分
I
x 1exdx,
0
0.
假定随机变量具有密度函数
fX (x) ex,
则
I E( X 1).
用Monte Carlo 计算定积分-
2
2
T
T
Monte Carlo 模拟连续过程的欧式 期权定价-
均匀分布
R=unidrnd(N)，-产生1到N间的均匀分布随 机数
R=unidrnd(N,n,m),产生1到N间的均匀分布 随机数矩阵
连续均匀分布
R=unifrnd(A,B) -产生(A,B)间的均匀分布随 机数
R=unifrnd(A,B,m,n)产生(A,B)间的均匀分布 随机数矩阵
Matlab 的随机数函数-
正态分布随机数
R=normrnd(mu,sigma) R=normrnd(mu,sigma,m) R=normrnd(mu,sigma,m,n)
特定分布随机数发生器 R=random(‘name’,A1,A2,A3,m,n)
例
a=random(‘Normal’,0,1,3,2) a=
基本思想和原理
基本思想：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。
原理：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。
实现从已知概率分布抽样
构造了概率模型以后， 按照这个概率分 布抽取随机变量 （或随机向量），这一 般可以直接由软件包调用，或抽取均匀 分布的随机数构造。这样，就成为实现 蒙特卡罗方法模拟实验的基本手段，这 也是蒙特卡罗方法被称为随机抽样的原 因。
（完整版）蒙特卡洛算法详讲
（完整版）蒙特卡洛算法详讲Monte Carlo 法§8.1 概述Monte Carlo 法不同于前⾯⼏章所介绍的确定性数值⽅法，它是⽤来解决数学和物理问题的⾮确定性的（概率统计的或随机的）数值⽅法。
Monte Carlo ⽅法（MCM ），也称为统计试验⽅法，是理论物理学两⼤主要学科的合并：即随机过程的概率统计理论（⽤于处理布朗运动或随机游动实验）和位势理论，主要是研究均匀介质的稳定状态[1]。
它是⽤⼀系列随机数来近似解决问题的⼀种⽅法，是通过寻找⼀个概率统计的相似体并⽤实验取样过程来获得该相似体的近似解的处理数学问题的⼀种⼿段。
运⽤该近似⽅法所获得的问题的解in spirit 更接近于物理实验结果，⽽不是经典数值计算结果。
普遍认为我们当前所应⽤的MC 技术，其发展约可追溯⾄1944年，尽管在早些时候仍有许多未解决的实例。
MCM 的发展归功于核武器早期⼯作期间Los Alamos （美国国家实验室中⼦散射研究中⼼）的⼀批科学家。
Los Alamos ⼩组的基础⼯作刺激了⼀次巨⼤的学科⽂化的迸发，并⿎励了MCM 在各种问题中的应⽤[2]-[4]。
“Monte Carlo ”的名称取⾃于Monaco （摩纳哥）内以赌博娱乐⽽闻名的⼀座城市。
Monte Carlo ⽅法的应⽤有两种途径：仿真和取样。
仿真是指提供实际随机现象的数学上的模仿的⽅法。
⼀个典型的例⼦就是对中⼦进⼊反应堆屏障的运动进⾏仿真，⽤随机游动来模仿中⼦的锯齿形路径。
取样是指通过研究少量的随机的⼦集来演绎⼤量元素的特性的⽅法。
例如，)(x f 在b x a <<上的平均值可以通过间歇性随机选取的有限个数的点的平均值来进⾏估计。
这就是数值积分的Monte Carlo ⽅法。
MCM 已被成功地⽤于求解微分⽅程和积分⽅程，求解本征值，矩阵转置，以及尤其⽤于计算多重积分。
任何本质上属随机组员的过程或系统的仿真都需要⼀种产⽣或获得随机数的⽅法。
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Monte Carlo 法§8.1 概述Monte Carlo 法不同于前面几章所介绍的确定性数值方法，它是用来解决数学和物理问题的非确定性的（概率统计的或随机的）数值方法。
Monte Carlo 方法（MCM ），也称为统计试验方法，是理论物理学两大主要学科的合并：即随机过程的概率统计理论（用于处理布朗运动或随机游动实验）和位势理论，主要是研究均匀介质的稳定状态[1]。
它是用一系列随机数来近似解决问题的一种方法，是通过寻找一个概率统计的相似体并用实验取样过程来获得该相似体的近似解的处理数学问题的一种手段。
运用该近似方法所获得的问题的解in spirit 更接近于物理实验结果，而不是经典数值计算结果。
普遍认为我们当前所应用的MC 技术，其发展约可追溯至1944年，尽管在早些时候仍有许多未解决的实例。
MCM 的发展归功于核武器早期工作期间Los Alamos （美国国家实验室中子散射研究中心）的一批科学家。
Los Alamos 小组的基础工作刺激了一次巨大的学科文化的迸发，并鼓励了MCM 在各种问题中的应用[2]-[4]。
“Monte Carlo ”的名称取自于Monaco （摩纳哥）内以赌博娱乐而闻名的一座城市。
Monte Carlo 方法的应用有两种途径：仿真和取样。
仿真是指提供实际随机现象的数学上的模仿的方法。
一个典型的例子就是对中子进入反应堆屏障的运动进行仿真，用随机游动来模仿中子的锯齿形路径。
取样是指通过研究少量的随机的子集来演绎大量元素的特性的方法。
例如，)(x f 在b x a <<上的平均值可以通过间歇性随机选取的有限个数的点的平均值来进行估计。
这就是数值积分的Monte Carlo 方法。
MCM 已被成功地用于求解微分方程和积分方程，求解本征值，矩阵转置，以及尤其用于计算多重积分。
任何本质上属随机组员的过程或系统的仿真都需要一种产生或获得随机数的方法。
这种仿真的例子在中子随机碰撞，数值统计，队列模型，战略游戏，以及其它竞赛活动中都会出现。
Monte Carlo 计算方法需要有可得的、服从特定概率分布的、随机选取的数值序列。
§8.2 随机数和随机变量的产生[5]－[10]全面的论述了产生随机数的各类方法。
其中较为普遍应用的产生随机数的方法是选取一个函数)(x g ，使其将整数变换为随机数。
以某种方法选取0x ，并按照)(1k k x g x =+产生下一个随机数。
最一般的方程)(x g 具有如下形式：m c ax x g mod )()(+=（8.1）其中=0x 初始值或种子（00>x ）=a 乘法器（0≥a ）=c 增值（0≥c ）=m 模数对于t 数位的二进制整数，其模数通常为t 2。
例如，对于31位的计算机m 即可取1312-。
这里a x ,0和c 都是整数，且具有相同的取值范围0,,x m c m a m >>>。
所需的随机数序{}n x 便可由下式得m c ax x n n m od )(1+=+ （8.2）该序列称为线性同余序列。
例如，若70===c a x 且10=m ，则该序列为7，6，9，0，7，6，9，0…… （8.3）可以证明，同余序列总会进入一个循环套；也就是说，最终总会出现一个无休止重复的数字的循环。
（8.3）式中序列周期长度为4。
当然，一个有用的序列必是具有相对较长周期的序列。
许多作者都用术语乘同余法和混合同余法分别指代0=c 和0≠c 时的线性同余法。
选取c a x ,,0和m 的法则可参见[6,10]。
这里我们只关心在区间)1,0(内服从均匀分布的随机数的产生。
用字符U 来表示这些数字，则由式（8.2）可得mx U n 1-= （8.4）这样U 仅在数组{}m m m m /)1(,......,/2,/1,0-中取值。
（对于区间（0,1）内的随机数，一种快速检测其随机性的方法是看其均值是否为0.5。
其它检测方法可参见[3,6]。
）产生区间),(b a 内均匀分布的随机数X ，可用下式U a b a X )(-+= （8.5）用计算机编码产生的随机数（利用式（8.2）和（8.4））并不是完全随机的；事实上，给定序列种子，序列的所有数字U 都是完全可预测的。
一些作者为强调这一点，将这种计算机产生的序列称为伪随机数。
但如果适当选取c a ,和m ，序列U 的随机性便足以通过一系列的统计检测。
它们相对于真随机数具有可快速产生、需要时可再生的优点，尤其对于程序调试。
Monte Carlo 程序中通常需要产生服从给定概率分布)(x F 的随机变量X 。
该步可用[6]，[13]－[15]中的几种方法加以实现，其中包括直接法和舍去法。
直接法（也称反演法或变换法），需要转换与随机变量X 相关的累积概率函数)()(x X prob x F ≤=（即：)(x F 为x X ≤的概率）。
1)(0≤≤x F 显然表明，通过产生(0,1)内均匀分布随机数U ，经转换我们可得服从)(x F 分布的随机样本X 。
为了得到这样的具有概率分布)(x F 的随机数X ，不妨设)(x F U =，即可得)(1U F X -= （8.6）其中X 具有分布函数)(x F 。
例如，若X 是均值为μ呈指数分布的随机变量，且 ∞<<-=-x e x F x 0,1)(/μ （8.7）在)(x F U =中解出X 可得)1l n (U X --=μ （8.8）由于)1(U -本身就是区间(0,1)内的随机数，故可简写为U X ln μ-= （8.9）有时(8.6)式所需的反函数)(1x F -不存在或很难获得。
这种情况可用舍去法来处理。
令dxx dF x f )()(=为随机变量X 的概率密度函数。
令b x a >>时的0)(=x f ，且)(x f 上界为M （即：M x f ≤)(），如图8.1所示。
我们产生区间(0,1)内的两个随机数),(21U U ，则11)(U a b a X -+=M U f 21=（8.10）分别为在(a,b)和(0,M)内均匀分布的随机数。
若)(11X f f ≤ （8.11）则1X 为X 的可选值，否则被舍去，然后再试新的一组),(21U U 。
如此运用舍去法，所有位于)(x f 以上的点都被舍去，而位于)(x f 上或以下的点都由11)(U a b a X -+=来产生1X 。
图8.1 舍去法产生概率密度函数为)(x f 的随机变量例8.1 设计一子程序使之产生0,1之间呈均匀分布的随机数U 。
用该程序产生随机变Θ，其概率分布由下式给定πθθθ<<-=0),cos 1(21)(T解：生成U 的子程序如图8.2所示。
该子程序中，,0,21474836471221==-=c m 且1680775==a 。
应用种子数（如1234），主程序中每调用一次子程序，就会生成一个随机数U 。
种子数可取1到m 间的任一整数。
0001C**********************************************************0002 C PROGRAM FOR GENERATING RANDOM V ARIABLESWITH0003 C A GIVEN PROBABILITY DISTRIBUTION 0004C********************************************************** 00050006 DOUBLE PRECISION ISEED 00070008 ISEED=1234.D0 0009 DO 10 I=1,1000010 CALL RANSOM(ISEED,R) 0011 THETA=ACOSD(1.0-2.0*R) 0012 WRITE(6,*)I,THETA 0013 10 CONTINUE 0014 STOP 0015 END0001C**********************************************************0002 C SUBROUTINE FOR GENERATING RANDOM NUMBERS IN0003 C THE INTERV AL (0,1) 0004C********************************************************** 00050006 SUBROUTINE RANDOM (ISEED,R) 0007 DOUBLE PRECISION ISDDE,DEL,A 0008 DATA DEL,A/2147483647.D0,16807.D0/ 00090010 ISDDE=DMOD(A*ISDDE,DEL) 0011 R=ISDDE/DEL 0012 RETURN 0013 END图8.2 例8.1的随机数生成器图8.2的子程序只是为了说明本章所介绍的一些概念。
大多数计算机都有生成随机数的子程序。
为了生成随机变量Θ，令)c o s 1(21)(Θ-=Θ=T U则有 )21(c o s )(11U U T -==Θ-- 据此，一系列具有给定分布的随机变量Θ便可由图8.2所示主程序中生成。
§8.3 误差计算Monte Carlo 程序给出的解按大量的检测统计都达到了平均值。
因此，该解中包含了平均值附近的浮动量，而且不可能达到100％的置信度。
要计算Monte Carlo 算法的统计偏差，就必须采用与统计变量相关的各种统计方法。
我们只简要介绍期望值和方差的概念，并利用中心极限定理来获得误差估计[13,16]。
设X 是随机变量。
则X 的期望值或均值x 定义为⎰∞∞-=dx x xf x )(（8.12）这里)(x f 是X 的概率密度分布函数。
如果从)(x f 中取些独立的随机样本N x x x ,...,,21，那么的x 估计值就表现为N 个样本值的均值。
∑==Nn nxNx11ˆ（8.13）x 是X 的真正的平均值，而xˆ只是x 的有着准确期望值的无偏估计。
虽然x ˆ的期望值等于x ，但x x≠ˆ。
因此，我们还需要x ˆ的值在x 附近的分布测度。
为了估计X 以及xˆ在x 附近的的值的分布，我们需要引入X 的方差，其定义为X 与x 差的平方的期望值，即⎰∞∞--=-==dx x f x x x x x Var )()()()(222σ（8.14）由2222)(x x x x x x +-=-，故有⎰⎰⎰∞∞-∞∞-∞∞-+-=dx x f x dx x xf x dx x f x x )()(2)()(222σ（8.15）或者 222)(x x x -=σ （8.16）方差的平方根称为标准差，即 2/122)()(x x x -=σ （8.17）标准差给出了x 在均值x 附近的分布测度，并由此给出了误差幅度的阶数。