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Métodos de Monte Carlo

1940
  • Stanislaw Ulam
  • John von Neumann
  • Nicholas Metropolis
Computational laboratory with researchers performing Monte Carlo simulations in numerical analysis.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Os métodos de Monte Carlo são uma ampla classe de algoritmos computacionais que se baseiam em amostragem aleatória repetida para obter resultados numéricos. O conceito fundamental é usar a aleatoriedade para resolver problemas que, em princípio, seriam determinísticos. Eles são frequentemente usados ​​quando é difícil ou impossível usar outras abordagens, especialmente para simular sistemas complexos ou integrar funções de alta dimensionalidade.

A ideia fundamental por trás dos métodos de Monte Carlo é aproximar a solução de um problema realizando uma simulação estatística. Em vez de resolver um conjunto de equações determinísticas, define-se um domínio de entradas possíveis, gera-se um grande número de entradas aleatórias a partir de uma distribuição de probabilidade sobre esse domínio, realiza-se um cálculo determinístico em cada entrada e, em seguida, agregam-se os resultados. Por exemplo, para encontrar a área de uma forma complexa, pode-se envolvê-la em uma forma simples de área conhecida (como um retângulo), espalhar-se um grande número de pontos aleatórios uniformemente dentro do retângulo e contar a fração de pontos que caem dentro da forma complexa. Essa fração, multiplicada pela área do retângulo, aproxima a área da forma complexa. A precisão dessa aproximação geralmente melhora com a raiz quadrada do número de amostras, uma propriedade fundamental derivada do teorema do limite central. Isso torna os métodos de Monte Carlo particularmente poderosos para problemas com muitas dimensões, onde os métodos numéricos tradicionais, como a quadratura, sofrem com a "maldição da dimensionalidade". Isso significa que seu custo computacional cresce exponencialmente com o número de dimensões. O custo do método de Monte Carlo, em contraste, cresce muito mais lentamente, tornando-o a única abordagem viável para muitos problemas de alta dimensionalidade em física, finanças e ciência de dados.

O nome "Monte Carlo" foi cunhado por Nicholas Metropolis, inspirado pelo tio de Stanislaw Ulam, que costumava pedir dinheiro emprestado a parentes para jogar no Cassino de Monte Carlo. O desenvolvimento moderno do método foi impulsionado pela necessidade de simular a difusão de nêutrons para o Projeto Manhattan no Laboratório Nacional de Los Alamos. O sigilo do trabalho exigia um codinome, e "Monte Carlo" foi escolhido devido ao papel central do acaso e dos números aleatórios, semelhante a jogos de azar como a roleta.

UNESCO Nomenclature: 1202
Ciências da Computação

Tipo

Software/Algoritmo

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Buffon’s needle problem (1777)
  • Os primeiros trabalhos de amostragem estatística foram realizados por Lord Kelvin, Student (William Sealy Gosset) e outros.
  • development of probability theory (Laplace, Bernoulli)
  • a lei dos grandes números
  • teorema do limite central

Aplicações

  • modelagem financeira (precificação de opções)
  • física computacional (transporte de partículas)
  • aprendizado de máquina (inferência bayesiana)
  • computação gráfica (traçado de raios)
  • simulações de descoberta de medicamentos
  • conjuntos de previsão do tempo

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: Monte Carlo, amostragem aleatória, simulação, método numérico, estocástico, probabilidade, computação, aproximação, integração em alta dimensão, estatística.

Contexto histórico

Métodos de Monte Carlo

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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