4583

Використання методу Монте-Карло для вирішення стохастичних і детермінованих задач

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Використання методу Монте-Карло для вирішення стохастичних і детермінованих задач. Мета роботи:Ознайомитись з методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло), та його застосуванням для вирішення стохастичних та детермінованих задач. Метод...

Украинкский

2012-11-22

80 KB

16 чел.

Використання методу Монте-Карло для вирішення стохастичних і детермінованих задач.

Мета роботи: Ознайомитись з методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло), та його застосуванням для вирішення стохастичних та детермінованих задач.

Метод Монте-Карло

Метод Монте-Карло, як сказано у Вікіпедії, - це загальна назва групи чисельних методів, що базуються на одержанні великої кількості реалізацій стохастичного (випадкового) процесу, який формується у той спосіб, щоб його імовірнісні характеристики співпадали з аналогічними величинами задачі, яка вирішується.

Отже, метод Монте-Карло - це метод імітації для імовірнісного відтворення реальних явищ. Він об'єднує аналіз чутливості (сприйнятливості) і аналіз розподілення ймовірностей вхідних змінних. Цей метод дає змогу побудувати модель, мінімізуючи кількість даних, що використовуються в моделі. Побудова моделі починається з визначення функціональних залежностей у реальній системі. Після чого можна одержати кількісне рішення, використовуючи теорію ймовірності й таблиці чи генератори випадкових чисел.

Метод Монте-Карло широко використовується у більшості випадків імітаційного моделювання на ЕОМ.

Проілюструємо суть методу Монте-Карло відносно простими прикладами.

 

Приклад 1

Нехай потрібно оцінити середній час безвідмовної роботи системи, зображеної на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Блочна структура системи.

 

Система виконує свою функцію, якщо працюють послідовності блоків: 1,2,5,7; 1,3,5,7; 1,4,6,7.

Певні блоки можуть відмовити. Кожен блок характеризується часом безвідмовної роботи . Нехай задана густина розподілу імовірності . Яка надійність системи в цілому?

Розглянемо випадкову величину

де  - час безвідмовної роботи системи.

У одному досліді розігруються значення всіх , відповідно до .

Використовуючи отримані реалізації  , по вищенаведеній формулі обчислюємо реалізацію . Один дослід дає одну реалізацію (одне вибіркове значення) . Проводимо М дослідів (випробувань), отримуємо “статистичний” матеріал (вибірку). Беремо середнє арифметичне часу безвідмовної роботи системи  з р в якості оцінки надійності системи. При необхідності можна побудувати закон розподілу імовірності випадкової величини  у вигляді відповідної гістограми.

 

Приклад 2

Застосування методу статистичних випробувань для обчислення площі круга заданого радіусу.

Дане завдання відноситься до класу детермінованих, оскільки складно уявити собі випадкові фактори, під впливом яких площа нерухомої геометричної фігури могла б змінюватися.

Нехай круг має радіус r=5, і його центр знаходиться в точці з координатами (1,2). Рівняння відповідного кола має вигляд:

(x-1)2+(y-2)2=25.

Для вирішення завдання методом Монте-Карло впишемо круг в квадрат. Його вершини матимуть координати (-4,-3), (6,-3), (-4,7) і (6,7). Будь-яка точка всередині квадрата або на його межі повинна задовольняти нерівностям (-4<x<6) і (-3<y<7).

При вирішенні даної задачі природно виходити з того, що всі точки в цьому квадраті можуть з'являтися з однаковою імовірністю, тобто x і y розподілені рівномірно з густиною імовірності: 

Провівши деяку кількість випробувань (тобто отримавши множину випадкових точок, що належать квадрату), підрахуємо число точок, що потрапили всередину круга або на коло. Якщо вибірка складається із n спостережень і mточок потрапили всередину круга або на коло, то оцінку площі круга можна отримати із співвідношення:

.

У таблиці приведені оцінки Sкр, отримані для різних значень n, причому для кожного виконувалося 5 прогонів (точне значення Sкр = 78,54 см):

Таблиця 1.1 Результати оцінки площі круга методом статистичних випробувань

 

Номер

прогону

Оцінка площі круга (Sкр)

Число випробувань (n)

100

200

1000

5000

10000

1

78

79,5

78

79,5

78,2

2

70

77

79

77,88

78,8

3

81

77,3

80,2

79,5

79,1

4

70

79,12

79,29

78,22

78,6

5

79

77,72

77,76

79

78,26

Середнє

75,6

78,3

78,85

78,23

78,59

Дисперсія

21,84

0,9982

0,789

0,44

0,11

 

Прогони відрізняються один від одного послідовностями випадкових чисел, з яких формувалися координати точок.

 

Завдання.

Реалізувати в програмному середовищі MATLAB® метод Монте-Карло:

  1.  для обчислення площі круга заданого радіусу (методом статистичних випробувань);
  2.  для блочної структури, наведеної на рис. 1.1. Обчислити час безвідмовної роботи системи, якщо густина розподілу імовірності  носить рівномірний та нормальний характер.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39652. Современные тенденции контрафакта: методы и способы незаконного использования интеллектуальной собственности 44.01 KB
  На каждом научнопрактическом мероприятии обязательно были одиндва доклада на тему Стратегия защиты товарного знака или Практический опыт защиты интеллектуальной собственности на примере такойто компании . Направление в патентное ведомство заявок на регистрацию в качестве товарных знаков обозначений использованных на продукции схожей до степени смешения с оригинальной образцом для подражания перед выпуском таковой в гражданский оборот В целях создания препятствий в доказывании умышленности действий по незаконному использованию чужого...
39653. Фирменное наименование коммерческой организации 130.65 KB
  Фирменное наименование коммерческой организации Общие требования к наименованию юридического лица установлены в ст. 54 части первой ГК РФ согласно которой наименование организации должно содержать указание на ее организационноправовую форму. Например фирменное наименование кредитной организации должно характеризовать ее деятельность путем использования слов банк или небанковская кредитная организация ст.
39654. Влияние международной интеграции на национальное законодательство об интеллектуальной собственности 186.17 KB
  было подписано Соглашение о торговых аспектах прав интеллектуальной собственности далее ТРИПС3 которое является приложением к Марракешскому соглашению учредившему Всемирную торговую организацию. ТРИПС охватывает все области интеллектуальной собственности устанавливает стандарты защиты прав и порядок правоприменения. В частности предоставляется возможность для использования высокоэффективных механизмов разрешения спорных вопросов имеющихся в ВТО применительно к интеллектуальной собственности.
39655. Защита прав на результаты интеллектуальной деятельности в антимонопольных органах: некоторые практические аспекты 57.5 KB
  Так по данным агентства Интербренд1 стоимость товарного знака CocCol по итогам 2010 года составила 70452 миллиарда долларов согласно Millwrd Brown2 самым дорогим брендом 2011 года стал pple 153285 миллиарда долларов. bis Конвенции по охране промышленной собственности от 20 марта 1883 года.1 постановления Пленума Высшего Арбитражного Суда Российской Федерации от 17 февраля 2011 года N 11 О некоторых вопросах применения Особенной части Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях положения статьи 10. В...
39656. О некоторых проблемах правовой охраны наименований некоммерческих организаций 52.85 KB
  Еременко посвящена анализу содержания исключительного права на наименование некоммерческой организации а также порядка выдачи разрешения на использование в наименовании некоммерческой организации официального наименования Российская Федерация или Россия и образованных на их основе слов. С исключением возможности передачи фирменного наименования совместно с предприятием исключительное право на фирменное наименование по сути лишилось своего имущественного содержания и фактически слилось с такой категорией как наименование коммерческой...
39657. Понятие нематериального (репутационного) вреда и его аналогов в теории российского гражданского права 62.25 KB
  распространения не соответствующих действительности порочащих сведений является денежная компенсация нематериального репутационного вреда. При этом отсутствие прямого указания в законе на способ защиты деловой репутации юридических лиц не лишает их права предъявлять требования о компенсации убытков в том числе нематериальных причиненных умалением деловой репутации или нематериального вреда имеющего свое собственное содержание отличное от содержания морального вреда причиненного гражданину которое вытекает из существа нарушенного...
39658. Общество как социокультурная система 253 KB
  Социологическое содержание культуры. Особенности социологического анализа культуры. Социальные функции культуры: адаптационная ценностнонормативная социализирующая организационнорегулятивная коммуникативноинформационная. Влияние культуры на социальные и экономические отношения; обратное воздействие экономики и политики на культуру.
39659. Социология личности 191.5 KB
  Социология личности Лекция Череповец 2007 Тема 2. Социология личности Содержание лекции Социологическое понятие личности. Понятие личности в социологии. Понятие социальной структуры личности.
39660. Социальная стратификация 230.5 KB
  Социальная стратификация Содержание лекции Понятие и содержание социальной структуры общества. Гетерогенность и неравенство как базовые характеристики общества. Ленин о классовой структуре общества. Современные модели классовой структуры общества.