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Métodos de Monte Carlo

1940
  • Stanislaw Ulam
  • John von Neumann
  • Nicholas Metropolis
Laboratorio computacional con investigadores que realizan simulaciones de Monte Carlo en análisis numérico.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Monte Carlo methods are a broad class of computational algorithms that rely on repeated random sampling to obtain numerical results. The underlying concept is to use randomness to solve problems that might be deterministic in principle. They are often used when it is difficult or impossible to use other approaches, especially for simulating complex systems or integrating high-dimensional functions.

La idea fundamental de los métodos de Monte Carlo es aproximar la solución de un problema mediante una simulación estadística. En lugar de resolver un conjunto de ecuaciones deterministas, se define un dominio de posibles entradas, se genera un gran número de entradas aleatorias a partir de una distribución de probabilidad sobre ese dominio, se realiza un cálculo determinista en cada entrada y, finalmente, se agregan los resultados. Por ejemplo, para hallar el área de una figura compleja, se puede encerrar en una figura simple de área conocida (como un rectángulo), dispersar uniformemente un gran número de puntos aleatorios dentro del rectángulo y contar la fracción de puntos que caen dentro de la figura compleja. Esta fracción, multiplicada por el área del rectángulo, aproxima el área de la figura compleja. La precisión de esta aproximación generalmente mejora con la raíz cuadrada del número de muestras, una propiedad clave derivada del teorema del límite central. Esto hace que los métodos de Monte Carlo sean particularmente potentes para problemas con muchas dimensiones, donde los métodos numéricos tradicionales, como la cuadratura, sufren la «maldición de la dimensionalidad». Esto significa que su coste computacional crece exponencialmente con el número de dimensiones. En cambio, el coste del método de Monte Carlo crece mucho más lentamente, lo que lo convierte en el único enfoque viable para muchos problemas de alta dimensionalidad en física, finanzas y ciencia de datos.

El nombre «Montecarlo» fue acuñado por Nicholas Metropolis, inspirado por el tío de Stanislaw Ulam, quien solía pedir dinero prestado a sus familiares para apostar en el Casino de Montecarlo. El desarrollo moderno del método surgió de la necesidad de simular la difusión de neutrones para el Proyecto Manhattan en el Laboratorio Nacional de Los Álamos. El carácter confidencial del trabajo requirió un nombre en clave, y se eligió «Montecarlo» debido al papel central del azar y los números aleatorios, similar a juegos de azar como la ruleta.

UNESCO Nomenclature: 1202
Ciencias de la computación

Tipo

Software/Algoritmo

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • El problema de la aguja de Buffon (1777)
  • early statistical sampling work by Lord Kelvin, Student (William Sealy Gosset), and others
  • development of probability theory (Laplace, Bernoulli)
  • the law of large numbers
  • central limit theorem

Aplicaciones

  • financial modeling (option pricing)
  • computational physics (particle transport)
  • machine learning (bayesian inference)
  • computer graphics (ray tracing)
  • drug discovery simulations
  • weather forecasting ensembles

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: Monte Carlo, muestreo aleatorio, simulación, método numérico, estocástico, probabilidad, computación, aproximación, integración de alta dimensión, estadística.

Contexto histórico

Métodos de Monte Carlo

1928
1930
1936
1940
1943
1950
1950
1925
1930
1931
1939
1940
1950
1950
1952

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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