MATLAB 用Monte Carlo法

用Monte Carlo法计算积分∫(0→π)∫(0→sin(x))exp(−x^2−y^2)dxdy.

Monte Carlo方法可以用于计算多维积分,其基本思想是通过随机抽样来估计积分值。具体步骤如下:

确定积分区域和被积函数。对于本题,积分区域为矩形区域[0,π]×[0,sin(x)],被积函数为exp(−x^2−y^2)。

生成随机数。在积分区域内生成大量的随机点。可以使用均匀分布的随机数生成器来生成随机点。在本题中,可以生成两个均匀分布的随机数r1和r2,分别表示x和y的取值范围,即r1∈[0,π],r2∈[0,sin(r1)]。

计算被积函数值。对于每个随机点,计算被积函数的值,即exp(−x^2−y^2),记为f(x,y)。

求和和平均。将所有随机点的被积函数值相加,得到总和S。然后将总和S除以随机点的数量N,即求平均值,记为f_avg。根据蒙特卡罗方法,积分值可以近似表示为积分区域面积与平均函数值的乘积,即∬f(x,y)dxdy≈A×f_avg,其中A是积分区域的面积。
下面是R语言的代码实现,其中N表示随机点的数量:



N <- 1000000 # 设置随机点的数量
set.seed(123) # 设置随机数种子,以便重复实验
x <- runif(N, 0, pi) # 生成x的随机数
y <- runif(N, 0, sin(x)) # 生成y的随机数
f <- exp(-x^2 - y^2) # 计算被积函数值
S <- sum(f) # 计算被积函数值的总和
A <- pi # 计算积分区域的面积
f_avg <- S/N # 计算被积函数值的平均值
result <- A * f_avg # 计算积分值
print(result)


运行上述代码,可以得到积分值的近似结果。需要注意的是,随机点的数量越多,计算结果越精确,但计算时间也会相应增加。