Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
5
Добавлен:
27.09.2019
Размер:
725.69 Кб
Скачать

Лекция 3

Оценка параметров случайной величины Вычисление определенных интегралов

Общая схема применения ММК для задач переноса излучения

материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Учебные

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Оценка параметров случайной величины

По конечной выборке

 

,

, …

Оценка

 

1

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Оценка

Выборочное среднее случайной величины

 

 

=

 

 

 

 

 

 

Случайная величина

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон больших чисел: Если

при → ∞

 

 

 

∆ : − > ∆ → 0

2

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Оценка математического ожидания

Центральная предельная теорема: Если M и D

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

lim

 

<

 

=

 

 

 

 

= Φ

 

 

 

 

 

 

→∞

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доверительный интервал

Сумма большого количества независимых одинаково распределенных* случайных величин всегда распределена по нормальному закону

*для любого закона распределения

=1 −

0.50.383

1.00.683

1.50.866

2.00.955

3.00.997

4.00.9999

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Дисперсия

:

 

= (

)

=

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднеквадратическое отклонение (СКО) для

 

:

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- доверительный интервал в ед. СКО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Оценка дисперсии

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Оценка дисперсии D

 

 

= 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выборочная дисперсия случайной величины:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смещенная оценка

 

 

=

 

1

 

 

 

 

2

1

 

 

 

2

 

 

 

 

= 0

 

 

 

=

− 1

D

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несмещенная оценка

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 1

 

 

 

 

 

 

 

( − 1)

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выборочная дисперсия выборочного среднего случайной величины:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( − 1)

 

 

 

 

 

( − 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предъявляемый результат вычислений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ±

 

 

 

 

 

 

= ± /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

= 0,68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обычно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хороший результат

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

 

= 0,95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

≤ 5%

 

 

 

 

 

 

 

= 3

 

 

 

 

= 0,997

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Вычисление определенных интегралов методом МК

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

( )

 

 

 

=

 

 

 

 

:

- неотрицательна и нормирована

 

и

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгоритм

( )

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( −1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

( −1)

 

=1

 

 

 

 

2 =1

2

 

=

 

 

 

 

 

= ± ( = )

Погрешность

ММК

~ −1/2

Числен. схемы

~ −1/

размерность

5

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Критерий эффективности алгоритма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

1 ( )

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2

 

2 ( )

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Критерий:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆ ,

 

 

суммарное процессорное время

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

<

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Φ

= 1 −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Критерий качества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

=

1 1

 

 

 

 

=

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2 2

 

=

=

 

1

=

 

 

2

 

 

 

=

 

2

=

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минимальное N: установление постоянной величины FOM’

6

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Повышение эффективности путем уменьшения дисперсии

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

7

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

 

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

 

Выделение главной части

 

 

 

Возможно аналитическое интегрирование

=

( )

по существенной части функции

 

 

 

( ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

− близки

2( ) <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

( ) вычислим аналитически

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2( ) − − 2 <

a

b

8

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

Сокращение порядка интегрирования

 

 

 

 

 

 

=

1, 2

=

()

Возможно аналитическое интегрирование

по части переменных

 

 

= 1 × 2

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

1, 2

(1, 2) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1(1) =

 

(1, 2) 2

- частичная плотность вероятности на 1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

2

1, 2 ( 1, 2) 2

=

1(1) 1(1) 1

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

1( 1)

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выборочное среднее значений функции 1(1)

на наборе случайных точек 1

1 <> 0 ?

9

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019

Сокращение порядка интегрирования (2)

2

 

(

)

( ) 2

=

 

 

,

1/2

(

,

) 1/2 (

,

)

 

( )

1

1

1

1

 

 

1

2

 

1

2

 

1

2

 

2

1

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Неравенство Коши-Буняковского)

 

2

1, 2

(1, 2) 2 ×

(1, 2) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

Учебные материалы С15-103,-161,-162 2019 без права распространения

12(1) 1(1) ≤ 2 1, 2 (1, 2) 2

2

 

2(

)

(

) ≤

 

2

 

,

(

,

)

 

1

1

1

1

1

 

 

1

2

1

2

2

1

1

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

10

Панин М.П. Метод Монте-Карло. Лекция 3, 2019