R语言(二) 多种蒙特卡洛法计算一二重积分

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R语言(二) 多种蒙特卡洛法计算一二重积分

2024-06-02 10:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 蒙特卡洛积分的基本思想一、内置函数+平均值法二、对偶变量法三、控制变量法四、重要性抽样法

蒙特卡洛积分的基本思想

考虑可积函数 g ( x ) g(x) g(x),现要计算 ∫ a b g ( x ) d x \int_a^bg(x)dx ∫ab​g(x)dx。若能够将 g ( x ) g(x) g(x)拆分为两个函数的乘积,即 g ( x ) = f ( x ) t ( x ) g(x)=f(x)t(x) g(x)=f(x)t(x),则原积分形式可表示为 ∫ a b f ( x ) t ( x ) d x \int_a^bf(x)t(x)dx ∫ab​f(x)t(x)dx。记此时的x的密度函数为 f ( x ) f(x) f(x),那么即可表示为 E ( t ( x ) ) = ∫ a b f ( x ) t ( x ) d x E(t(x))=\int_a^bf(x)t(x)dx E(t(x))=∫ab​f(x)t(x)dx。不难看出, E ( t ( x ) ) E(t(x)) E(t(x))是很容易利用随机数进行估计的,它的值在样本量足够大的时候,可以用 ∑ i = 1 n t ( x i ) / n \sum\limits_{i=1}^nt(x_i)/n i=1∑n​t(xi​)/n进行估计(其中, x i x_i xi​是来源于密度函数为 f ( x ) f(x) f(x)的样本)

以上思想的关键在于密度函数 f ( x ) f(x) f(x)的寻找(因为我们只有知道了x的分布,才能产生相对应的随机数),这就需要我们对一些基本分布的密度函数有所了解(例如:指数分布、正态分布、均匀分布等)。此外,在找 f ( x ) f(x) f(x)的时候还需注意积分区间是否一致。以 ∫ 0 ∞ e − x s i n x d x \int_0^{\infty}e^{-x}sinxdx ∫0∞​e−xsinxdx为例,看到 e − x e^{-x} e−x可联想到指数分布的密度函数,而且此时的积分区间也恰好是0到正无穷,故是选参数为1的指数分布作为 f ( x ) f(x) f(x)。

以下在R语言中,以例子进行展示不同的方法计算一重积分和二重积分

一、内置函数+平均值法

例1 计算 ∫ 0 ∞ e − x s i n x d x \int_0^{\infty}e^{-x}sinxdx ∫0∞​e−xsinxdx

#内置函数 fexp((x[1]+x[2])^2)} adaptIntegrate(double,c(0,0),c(1,1))$integral #平均值法 n f u theat_hat theat_hat=numeric() for(i in 1:k){ x theat_hat f x theat_hatexp(u+v)} r=-cov(g(u,v),f(u,v))/var(g(u,v)) #估计c* T1 theat_hat theat_hat theat_hatexp((x+y)^2)} r_num g x


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