(3)
该方法的具体计算步骤为:
① 独立地产生2 个 随机数 , ,i=1,…,n;
② 计算 , ,和 ;
③ 统计 的个数 ;
④ 用(3)估计 .
例1 1777年,法国学者Buffon提出用试验方法求圆周率 的值.原理如下:
假设平面上有无数条距离为1的等距平行线,现向该平面随机地投掷一根长度为 的针.则我们可以计算该针与任一平行线相交的概率.此处随机投针可以这样理解:针中心与最近的平行线间的距离x均匀地分布在区间 上,针与平行线间的夹角 (不管相交与否)均匀地分布在区间 上(如图1).于是,针与线相交的充要条件是 ,从而针线相交概率为:


图1
而由大数定律可以估计出针线相交的概率 ,其中 为掷针次数, 为针线相交次数,从而圆周率 .其mathematica实现语句见附录1.
3.2 样本平均值法
对积分 ,设 是 上的一个密度函数,改写
(4)
由矩法,若有 个来自 的观测值,则可给出 的一个矩估计,这便是样本平均值法的基本原理.
若 , 有限,可取 .设 是来自 的随机数,则 的一个估计为
(5)
该方法的具体计算步骤为:
① 独立地产生 个 随机数 ;
② 计算 和 , ;
③用(5)估计 .
后面将给出一个例子说明此方法的应用.
4 Monte Carlo方法在计算多重积分中的应用
方法一: ( 重积分)(7)
其中 为S维单位立方体, ,在 上有: .很明显.此时积分(5)可以看作为求 维空间长方体V: 的体积.即:
(8)
对于这种较为一般形式的多重积分计算问题,采用的还是随机投点.
具体步骤如下:
首先产生 个随机数 (i=1,2,…, )及 ,构造 维随机向量 ,然后检验 是否落后在V中,同理可以推论.检验 是否成立,如果在构成的 个随机向量 中,有 个随机向量落于V中,那么取 作为积分的近似值,即 ,如果积分区域及被积函数不满足上述条件,那么可以通过变换便可达到所希望的条件.
方法二:
其中积分区域 包含在 维多面体中,此多面体决定于 个不等式 .
设函数 在 内连续且满足条件: , 是在 维多面体 中均匀分布的随机质点的个数, 是在 个随机点之中落入以 维区域V为底以 为顶之曲顶柱体内的随机点的个数.
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