擬蒙特卡羅方法

擬蒙特卡羅方法獲得迅速發展。中國數學家華羅庚、王元提出的“華—王”方法即是其中的一例。蒙特卡羅(Monte Carlo)方法,或稱計算機隨機模擬方法,這一方法源於美國在第一次世界大戰進研製核子彈的“曼哈頓計畫”。

簡介

Monte Carlo方法相似,但理論基礎不同的方法—“擬蒙特卡羅方法”(Quasi-Monte Carlo方法)—近年來也獲得迅速發展。我國數學家華羅庚王元提出的“華—王”方法即是其中的一例。這種方法的基本思想是“用確定性的超均勻分布序列(數學上稱為Low Discrepancy Sequences)代替Monte Carlo方法中的隨機數序列。對某些問題該方法的實際速度一般可比Monte Carlo方法提出高數百倍,並可計算精確度。

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蒙特卡羅(Monte Carlo)方法,或稱計算機隨機模擬方法,是一種基於“隨機數”的計算方法。這一方法源於美國在第一次世界大戰進研製核子彈的“曼哈頓計畫”。該計畫的主持人之一、數學家馮·諾伊曼用馳名世界的賭城—摩納哥的Monte Carlo—來命名這種方法,為它蒙上了一層神秘色彩。
Monte Carlo方法的基本思想很早以前就被人們所發現和利用。早在17世紀,人們就知道用事件發生的“頻率”來決定事件的“機率”。19世紀人們用投針試驗的方法來決定圓周率π。本世紀40年代電子計算機的出現,特別是近年來高速電子計算機的出現,使得用數學方法在計算機上大量、快速地模擬這樣的試驗成為可能。
考慮平面上的一個邊長為1的正方形及其內部的一個形狀不規則的“圖形”,如何求出這個“圖形”的面積呢?Monte Carlo方法是這樣一種“隨機化”的方法:向該正方形“隨機地”投擲N個點落於“圖形”內,則該“圖形”的面積近似為M/N。
可用民意測驗來作一個不嚴格的比喻。民意測驗的人不是徵詢每一個登記選民的意見,而是通過對選民進行小規模的抽樣調查來確定可能的優勝者。其基本思想是一樣的。
科技計算中的問題比這要複雜得多。比如金融衍生產品(期權、期貨、掉期等)的定價及交易風險估算,問題的維數(即變數的個數)可能高達數百甚至數千。對這類問題,難度隨維數的增加呈指數增長,這就是所謂的“維數的災難”(Course Dimensionality),傳統的數值方法難以對付(即使使用速度最快的計算機)。Monte Carlo方法能很好地用來對付維數的災難,因為該方法的計算複雜性不再依賴於維數。以前那些本來是無法計算的問題現在也能夠計算量。為提高方法的效率,科學家們提出了許多所謂的“方差縮減”技巧。

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