Carlo)模擬是壹種通過設定隨機過程,反復生成時間序列,計算參數估計量和統計量,進而研究其分布特征的方法。具體的,當系統中各個單元的可靠性特征量已知,但系統的可靠性過於復雜,難以建立可靠性預計的精確數學模型或模型太復雜而不便應用時,可用隨機模擬法近似計算出系統可靠性的預計值;隨著模擬次數的增多,其預計精度也逐漸增高。由於涉及到時間序列的反復生成,蒙特卡洛模擬法是以高容量和高速度的計算機為前提條件的,因此只是在近些年才得到廣泛推廣。
蒙特卡洛(Monte
Carlo)模擬這個術語是二戰時期美國物理學家Metropolis執行曼哈頓計劃的過程中提出來的。
蒙特卡洛模擬方法的原理是當問題或對象本身具有概率特征時,可以用計算機模擬的方法產生抽樣結果,根據抽樣計算統計量或者參數的值;隨著模擬次數的增多,可以通過對各次統計量或參數的估計值求平均的方法得到穩定結論。
蒙特卡洛模擬法求解步驟
應用此方法求解工程技術問題可以分為兩類:確定性問題和隨機性問題。
解題步驟如下:
1.根據提出的問題構造壹個簡單、適用的概率模型或隨機模型,使問題的解對應於該模型中隨機變量的某些特征(如概率、均值和方差等),所構造的模型在主要特征參量方面要與實際問題或系統相壹致
2
.根據模型中各個隨機變量的分布,在計算機上產生隨機數,實現壹次模擬過程所需的足夠數量的隨機數。通常先產生均勻分布的隨機數,然後生成服從某壹分布的隨機數,方可進行隨機模擬試驗。
3.
根據概率模型的特點和隨機變量的分布特性,設計和選取合適的抽樣方法,並對每個隨機變量進行抽樣(包括直接抽樣、分層抽樣、相關抽樣、重要抽樣等)。
4.按照所建立的模型進行仿真試驗、計算,求出問題的隨機解。
5.
統計分析模擬試驗結果,給出問題的概率解以及解的精度估計。
蒙特卡洛模擬法的應用領域
蒙特卡洛模擬法的應用領域主要有:
1.直接應用蒙特卡洛模擬:應用大規模的隨機數列來模擬復雜系統,得到某些參數或重要指標。
2.蒙特卡洛積分:利用隨機數列計算積分,維數越高,積分效率越高。
3.MCMC:這是直接應用蒙特卡洛模擬方法的推廣,該方法中隨機數的產生是采用的馬爾科夫鏈形式。