基于蒙特卡洛算法的投点数求圆周率,当求得的圆周率能精确到第六位小数时,至少要投多少个点
时间: 2024-05-30 22:16:47 浏览: 96
用蒙特卡洛方法计算圆周率
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根据蒙特卡洛算法,我们可以通过投点来估算圆的面积,并进而求出圆周率。假设我们在一个正方形内投了n个点,其中落在圆内的点数为m,则圆的面积约为正方形面积的m/n,即πr²约为4m/n,因此π约等于4m/(nr²),其中r为圆的半径。
当我们希望求得的圆周率精确到第六位小数时,即误差不超过0.000001时,我们可以使用以下公式:
|π - πapprox| < 0.000001
其中πapprox为我们估算出的圆周率。由于π的值约为3.1415926,因此我们需要满足以下条件:
|π - 3.1415926| < 0.000001
化简得到:
3.1415916 < π < 3.1415936
因此,我们需要估算出的π在3.1415916和3.1415936之间,即误差不超过0.000001。根据蒙特卡洛算法,我们可以通过增加投点数量n来提高估算的精度。假设我们的估算结果为πapprox,则误差为|π - πapprox|,根据上面的不等式,误差应不超过0.000001,即:
|π - πapprox| < 0.000001
化简得到:
-0.000001 < π - πapprox < 0.000001
由于π的值约为3.1415926,因此我们可以代入得到:
3.1415916 - πapprox < 0.000001
πapprox - 3.1415936 < 0.000001
将两个不等式同时取反,得到:
-0.000001 > πapprox - 3.1415916
0.000001 > 3.1415936 - πapprox
换句话说,我们需要找到一个n,使得在投n个点后,落在圆内的点数m/n满足以下条件:
-0.000001 > 4m/(nr²) - 3.1415916
0.000001 > 3.1415936 - 4m/(nr²)
由于圆的半径为1,因此r²=1。代入得到:
-0.000001 > 4m/n - 3.1415916
0.000001 > 3.1415936 - 4m/n
将两个不等式同时乘以n/4,得到:
-0.000001n/4 > m - 3.1415916n/4
0.000001n/4 > 3.1415936n/4 - m
由于m/n表示落在圆内的点数占总点数的比例,因此m/n应该越来越接近圆的面积与正方形面积的比例,即π/4。因此,我们可以先用一个较小的n估算出πapprox,然后根据πapprox来计算需要投多少个点才能满足误差不超过0.000001的条件。
假设我们先投了1000个点,其中落在圆内的点数为m,根据上述公式可以计算出πapprox,假设为3.1415。为了满足误差不超过0.000001的条件,我们需要找到一个n,使得:
-0.000001n/4 > m - 3.1415916n/4
0.000001n/4 > 3.1415936n/4 - m
代入πapprox和m,得到:
-0.000001n/4 > (1000m)/n - 3.1415916n/4
0.000001n/4 > 3.1415936n/4 - (1000m)/n
将两个不等式同时乘以4/n,得到:
-0.000001n² > 4000m - 3.1415916n²
0.000001n² > 3.1415936n² - 4000m
将两个不等式相加,得到:
0.000002n² > 3.141592n²
因为n是正整数,所以可以化简为:
n > 3141592
因此,我们需要投至少3141592个点才能满足误差不超过0.000001的条件。
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