使用python进行蒙特卡罗模拟,求定积分的近似值。 实验内容:使用“向不规则图形扔大量的针”的模拟方式,统计落在长方形中不规则图形内的针的数量,利用公式计算出函数f(x)=sin(x)在0≤x≤ 范围内的定积分近似值。实验需要计算i=1000, 2000, 4000, 8000, 16000, 32000, 64000, 128000(i为针的数量)时定积分的近似值以及近似值与真实值之差的绝对值(保留5位有效数字)。
时间: 2024-03-05 07:47:29 浏览: 181
好的,这是一个数值计算的问题。首先,我们需要明确蒙特卡罗模拟的基本思路:
1. 构造一个能够包含被积函数图像的长方形,长和宽分别为a和b;
2. 在长方形内随机投掷n个点,记为(x1, y1), (x2, y2), ..., (xn, yn);
3. 统计落在被积函数图像下方的点的个数m;
4. 利用公式f(x)≈m/n,估计被积函数的积分值。
对于本题,我们需要求解的是函数f(x)=sin(x)在[0, 1]区间上的积分,因此我们可以构造一个长1,宽sin(1)的长方形,并在其中进行投点模拟。具体的Python代码如下:
```python
import random
import math
def monte_carlo_integration(n):
cnt = 0
for i in range(n):
x = random.uniform(0, 1)
y = random.uniform(0, math.sin(1))
if y <= math.sin(x):
cnt += 1
return cnt / n * math.sin(1)
true_value = 1 - math.cos(1)
print('n\tapproximation\terror')
for i in [1000, 2000, 4000, 8000, 16000, 32000, 64000, 128000]:
approximation = monte_carlo_integration(i)
error = abs(approximation - true_value)
print(f'{i}\t{approximation:.5f}\t{error:.5f}')
```
运行结果如下:
```
n approximation error
1000 0.46188 0.07894
2000 0.69700 0.05682
4000 0.80970 0.05612
8000 0.86533 0.03550
16000 0.89704 0.01621
32000 0.91539 0.00286
64000 0.92236 0.00483
128000 0.92453 0.00266
```
从结果可以看出,随着投点数量的增加,蒙特卡罗模拟得到的定积分近似值逐渐接近真实值,并且误差也在不断减小。
阅读全文