Кіріспе

Сандық әдіс

Математикада Монте-Карло интеграциясы – кездейсоқ сандарды қолдана отырып сандық интеграция жасау әдісі. Бұл нақты интегралды сандық түрде есептейтін Монте-Карло әдісінің бір түрі. Басқа алгоритмдер көбінесе интегралдың мәнін тұрақты торда есептейді, ал Монте-Карло интегралдың мәнін есептеу үшін нүктелерді кездейсоқ түрде таңдайды. Бұл әдіс жоғары өлшемді интегралдар үшін ерекше пайдалы. N біртекті үлгіні ескере отырып, I-дің жуық мәнін табуға болады:

Бұл үлкен сандар заңының нәтижесінде болады, ол келесіні қамтамасыз етеді:

I-ді QN арқылы бағалау кезінде, QN-нің қателіктері дисперсияның бөгде бағалауын қолдана отырып, үлгі дисперсиясымен бағалануы мүмкін, нәтижесінде:

Егер тізбек шектелген болса, бұл дисперсия асимптотикалық түрде 1/N-ге дейін төмендейді. Осылайша, QN қателігінің бағалауы:

Бұл орташа мәннің стандартты қатесіне көбейтілген шама, және бұл нәтиже интегралдың өлшемдерінің санына байланысты емес. Бұл Монте-Карло интеграциясының детерминистік әдістерге қарағандағы артықшылығы, себебі детерминистік әдістер көбінесе өлшемге экспоненциалды түрде тәуелді болады. Детерминистік әдістерден айырмашылығы, қателік бағалауы нақты қателік шегі емес екенін ескеру маңызды; кездейсоқ үлгі алу интегралдың қателікті төмендетуіне әкелуі мүмкін барлық маңызды ерекшеліктерін ашпауы мүмкін. Наive Монте-Карло әдісі қарапайым мысалдар үшін қолданылса да, детерминистік алгоритмдерге қарағанда жақсарту тек проблемаға қатысты үлгі алу үлестірімдерін қолданатын алгоритмдермен ғана мүмкін болады. Тиісті үлгі алу үлестірімін қолдану арқылы жоғары өлшемді интегралдардың көпшілігі локалданған екенін және интегралға тек кішігірім кеңістіктер елеулі үлес қосатынын пайдалануға болады. Монте-Карло әдебиетінің үлкен бөлігі қателік бағалауларын жақсарту стратегияларын әзірлеуге арналған. Атап айтқанда, қабатталған үлгі алу (аумақты субдомендерге бөлу) және маңыздылық үлгі алу (біртекті емес үлестірімдерден үлгі алу) – осындай әдістердің екі мысалы.

Рекурсивті қабатталған сынама алу

Рекурсивті қабатталған үлгі алу – бір өлшемді бейімделген квадратуралардың көп өлшемді интегралдарға жасалған жалпылауы. Әрбір рекурсиялық қадамда интеграл және қателік қарапайым Монте-Карло алгоритмі арқылы бағаланады. Егер қателік бағалауы қажетті дәлдіктен артық болса, интеграциялық көлем кіші көлемдерге бөлінеді және процедура кіші көлемдерге рекурсивті түрде қолданылады. Көп өлшемділік үшін әдеттегі "екіге бөлу" стратегиясы тиімсіз, себебі кіші көлемдердің саны тым жылдам өсіп, бақылау қиынға түседі. Оның орнына, қай өлшем бойынша бөлу ең тиімді екені бағаланып, көлем тек сол өлшем бойынша бөлінеді. Қабатталған үлгі алу алгоритмі үлгілеу нүктелерін функцияның дисперсиясы ең жоғары аймақтарда шоғырландырады, осылайша жалпы дисперсияны азайтып, үлгілеуді тиімдірек етеді, бұл суретте көрсетілгендей. Көп таралған MISER процедурасы да ұқсас алгоритмді қолданады.