- •Лабораторная работа №1 Вариационный ряд. Его основные показатели
- •Основные показатели вариационного ряда (вариации)
- •Практическое задание
- •Лабораторная работа №2 Числовые характеристики и законы распределения случайных величин
- •Числовые характеристики распределения случайной величины
- •Форма распределения
- •Практическое задание
- •Результаты выборочного обследования жилищных условий жителей города
- •Формулы расчета средней ошибки выборки для различных способов формирования выборочной совокупности
- •Постановка задачи
- •Практическое задание
- •Результаты обследования рабочих предприятия.
- •Распределение урожайности по хозяйствам региона, имеющим различную форму собственности.
- •Определение оптимального объема выборки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Лабораторная работа №4 Нормальное распределение. Критерии согласия
- •Построение нормального распределения по эмпирическим данным
- •Критерии согласия
- •- Критерий Пирсона
- •Критерий Романовского
- •Критерий Колмогорова
- •Практическое задание Задача 1
- •Указания к решению
- •Задача 2
- •Указания к решению
- •Задача 3
- •Указания к решению
- •Задача 4
- •Задача 5
- •Темы для самостоятельного изучения Задачи математической статистики
- •Сравнение характеристик областей применения аппарата теории вероятностей и математической статистики
- •Этапы решения задачи описания эмпирических (полученных в результате опыта) данных вероятностными моделями
- •Оценки неизвестных параметров
- •Точечные оценки
- •Метод Монте - Карло
- •Вычисление определенного интеграла методом статистических испытаний (методом Монте - Карло)
- •Элементы теории случайных процессов
- •Уравнения Колмогорова – Чемпена
Метод Монте - Карло
Название метода связано с названием города Монте – Карло, где в казино играют в рулетку. Рулетка – одно из простейших устройств для получения случайных чисел, на использовании которых основан метод Монте – Карло.
Метод Монте – Карло используют:
-
Для вычисления интегралов
-
Для решения систем алгебраических уравнений высокого порядка
-
Для исследования сложных систем: экономических, биологических, социальных.
Суть метода
Требуется найти значение а некоторой изучаемой величины. Для этого выбирается такая случайная величина X, что ее математическое ожидание M(X)=a.
Генерируется n
значений случайной величины X,
вычисляется их среднее арифметическое
.
В качестве оценки искомого числа а
принимают
.
Метод Монте – Карло требует проведения большого числа испытаний n. Поэтому называется еще методом статистических испытаний.
Отыскание возможных значений случайной величины X (моделирование) называют разыгрыванием случайной величины.
Вычисление определенного интеграла методом статистических испытаний (методом Монте - Карло)
Вычислим методом статистических испытаний следующий интеграл
,
где функция y = f(x) непрерывна, и положительна на отрезке [a, b]
Из курса математики
известно, что определенный интеграл
равен площади криволинейной трапеции,
ограниченной прямыми x = а,
х = b,
осью абсцисс и графиком функции
y = f(x)
(см. рис.1).

рис.1
В курсе теории вероятностей приводится несколько определений вероятности. По геометрическому определению в плоскости вероятность попадания в область d точки, брошенной в область D (d D) равна отношению площадей, то есть
.
По статистическому определению вероятность наступления события приближенно равна отношению числа опытов m, в результате которых событие наступило, к общему числу всех опытов n, то есть
.
В геометрическом
определении в качестве области d
будем рассматривать криволинейную
трапецию, в качестве D
– прямоугольник {a ≤ x ≤ b,
0 ≤ y ≤
f(x)}.
В статистическом определении в качестве
проводимого опыта возьмем бросание
точки в прямоугольник D,
а в качестве события – попадание точки
в область d.
Получаем формулу
P =
.
Отсюда формула
![]()
Тогда для решения задачи нужно провести достаточное количество опытов – n. Опыт заключается в случайном выборе точки (xi, yi) из D:
a ≤ xi ≤ b,
0 ≤ yi ≤
f(x).
Так же необходимо подсчитать количество опытов m, в которых точка (xi, yi) принадлежит криволинейной трапеции, то есть yi ≤ f(xi). Тогда интеграл можно вычислить по формуле
.
Результат вычисления интеграла будет тем точнее, чем больше опытов будет проведено.
Элементы теории случайных процессов
Случайным процессом X(t) называется процесс, значение которого при любом значении аргумента t является случайной величиной (чаще всего t – это время).
Примеры: движение молекул газа во времени, уровень воды в водохранилище.
Случайный процесс можно записать в виде функции двух переменных X(t,ω), где ω – элементарное событие.
Реализацией (траекторией) случайного процесса X(t,ω) называется неслучайная функция x(t), т. е. фиксируется ω.
Сечение случайного процесса X(t,ω) – это случайная величина, полученная при фиксировании t, т. е. X(t0,ω) – это случайная величина.
Таким образом, случайный процесс X(t,ω) – это совокупность всех сечений при возможных значениях t, т. е. многомерная случайная величина (X(t1); X(t2); …; X(tn)).
Математическое ожидание случайного процесса X(t,ω) – это неслучайная функция от t M[X(t)], которая при любом значении t равна значению математическому ожиданию соответствующего сечения. Оно характеризует среднюю траекторию всех возможных реализаций случайного процесса.
Дисперсия случайного процесса X(t,ω) – это неслучайная функция от t D[X(t)], которая при любом значении t равна значению дисперсии соответствующего сечения случайного процесса. Дисперсия характеризует разброс реализаций относительно средней траектории.
Среднее
квадратическое отклонение
случайного процесса X(t,ω)
вычисляется как
.
Теснота зависимости
между двумя сечениями случайного
процесса X(t,ω)
характеризуется корреляционной
функцией.
Это неслучайная функция от двух переменных
![]()
Нормированная корреляционная функция
![]()
Говорят, что в физической системе происходит случайный процесс, если она с течением времени может под влиянием случайных факторов переходить из состояния в состояние.
Если система имеет счетное (в частном случае конечное) множество возможных состояний и переход из одного состояния в другое осуществляется скачком, случайный процесс называется дискретным, т. е. X(t) принимает дискретные значения.
Если число состояний бесконечно много и функция X(t) принимает любые значения из заданного промежутка, то случайный процесс называется непрерывным.
Если переходы системы из состояния в состояние возможны только в определенные моменты времени (аргумент t дискретный), то случайный процесс называется случайной последовательностью (процессом с дискретным временем).
Если переходы системы из состояния в состояние возможны в любой момент времени (аргумент t непрерывный), то случайный процесс называется процессом с непрерывным временем.
Случайный процесс называется Марковским, если для любого момента времени вероятностные характеристики процесса в будущем зависят только от его состояния в данный момент и не зависят от того, когда и как система пришла в это состояние («будущее определяется только настоящим»).
Марковский случайный процесс с дискретным числом состояний и с дискретным временем называется Марковской цепью.
Пусть pij(s) – условная вероятность того, что после s-ого испытания система будет находится в j-ом состоянии, если после (s-1)-ого испытания она находилась в i-ом состоянии.
Цепь Маркова
называется однородной,
если вероятность pij(s)
не зависит от номера испытания s.
Тогда pij
называют переходной
вероятностью,
П=(pij)
– матрицей
переходов.
Заметим, что для любого номера состояния
i
выполняется условие
(k
– число состояний).
