古典的なイラスト モンテカルロ法 円周率πの値を推定します。半径rの円を辺の長さ2rの正方形に内接させると、面積比はπr²/(2r)² = π/4となります。 散乱 正方形内の点を数え、円の内側に入る割合 [latex]p[/latex] を数えると、推定値が得られます: [latex]pi approx 4p[/latex]。

(画像はイメージです)
古典的なイラスト モンテカルロ法 円周率πの値を推定します。半径rの円を辺の長さ2rの正方形に内接させると、面積比はπr²/(2r)² = π/4となります。 散乱 正方形内の点を数え、円の内側に入る割合 [latex]p[/latex] を数えると、推定値が得られます: [latex]pi approx 4p[/latex]。
π を推定する手順は簡単で、モンテカルロ法の基本原理を明確に示しています。デカルト座標系において、頂点が (0,0)、(1,0)、(1,1)、(0,1) である単位正方形を考えます。この正方形の内側に、原点を中心とする半径 1 の四分円を内接させます。正方形の面積は 1 であり、四分円の面積は π(1)²/4 = π/4 です。したがって、四分円の面積と正方形の面積の比は π/4 です。
この比率を推定するために、[latex]x[/latex]と[latex]y[/latex]の両方が0から1の間で一様に分布する多数のランダムな点[latex](x, y)[/latex]を[latex]N[/latex]生成します。各点は正方形内のどこにでも着地する確率が等しくなります。点[latex](x, y)[/latex]は、原点からの距離が1以下である場合に四分円内に収まります。これは条件[latex]x^2 + y^2 le 1[/latex]によって決定されます。この条件を満たす点の数[latex]M[/latex]を数えます。比率[latex]frac{M}{N}[/latex]は、面積の比率[latex]frac{pi}{4}[/latex]の推定値です。したがって、[latex]pi[/latex] は [latex]pi approx 4 frac{M}{N}[/latex] と近似できます。大数の法則によれば、[latex]N[/latex] が無限大に近づくにつれて、この近似値は [latex]pi[/latex] の真の値に収束します。しかし、収束は遅く、誤差は [latex]frac{1}{sqrt{N}}[/latex] に比例して減少するため、決定論的アルゴリズムと比較して、高精度で [latex]pi[/latex] を計算するには非常に非効率的な方法です。
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円周率のモンテカルロ推定
(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)
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