1.随机在单位正方形内产生n个点(n越大,结果越精确)。
2.计算出单位圆内的点数k,k/n即为单位圆的面积除以单位正方形的面积,即pi/4。
3.将结果乘以4即可得到pi的估计值,再除以2即为e的估计值。
下面是使用C语言实现蒙特卡洛方法计算e的程序示例:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#define N 1000000 // 生成随机数的个数
int main() {
srand((unsigned)time(NULL)) // 初始化随机数生成器
int i, k = 0
double x, y, e
for (i = 0i <Ni++) {
x = (double)rand() / RAND_MAX // 生成[0,1)内的随机数
y = (double)rand() / RAND_MAX // 生成[0,1)内的随机数
if (x * x + y * y <= 1) { // 判断是否在单位圆内
k++
}
}
e = (double)k / N * 4 / 2 // 计算e的估计值
printf("e = %lf\n", e)
return 0
}
在本程序中,我们使用rand()函数生成[0,1)内的随机数,并使用if语句判断随机点是否在单位圆内。最后,根据蒙特卡洛方法的原理计算出e的估计值,并输出结果。
需要注意的是,蒙特卡洛方法是一种估计方法,估计结果的精度取决于生成的随机数个数。在本程序中,我们使用了1000000个随机数,可以得到较为精确的估计结果。
本文主要讲解三部分:
这一小节我们简要介绍一下引出蒙特卡洛方法的实际场景。
机器学习/深度学习中的图像叠加文字识别需要大量的训练样本,自动生成样本(使用程序在背景图片上叠加文字)是一种样本的获取方式。但色彩值(为了兼顾各方向的同学,原谅我用一个这么不专业的词汇,此值可以是RGB到[0,1]区间的映射,让它能代表颜色的性质)的选择很重要,为了防止(控制)发生叠加文字与背景图片的色彩值相近的情况发生,叠加文字的色彩值最好服从我们指定的概率分布。这样就需要根据指定的概率分布来产生色彩值——蒙特卡洛方法擅长解决的问题。
蒙特卡洛方法的应用场景很多,横跨物理、金融、计算机。拿计算机科学来举例,自然语言处理中的LDA模型,hinton较早提出的深度学习模型DBN都用到了蒙特卡洛方法。此文第一部分简要介绍了实际问题,简而言之蒙特卡洛方法就是生成样本,即蒙特卡洛采样。即根据某已知分布的概率密度函数f(x)f(x),产生服从此分布的样本XX。
下面首先介绍一种最简单最易理解的蒙特卡洛方法——Accept-Rejection method(下文称接受拒绝采样),然后给出这个方法的直观解释,最后证明方法的正确性。
其中
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