蒙特卡罗方法:当丢失确定性时的处理办法

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蒙特卡罗方法:当丢失确定性时的处理办法

一、简介

二、应用

1. 计算π

在白纸中间画一个正方形,在正方形里画一个内切的圆。假设正方形的边长为a,正方形面积S=a2,圆的半径为a/2,圆的面积S=π(a/22。则S/S=π/4,即圆的面积是正方形面积的π/4倍,接下来我们通过数值模拟来计算这两个面积。

2. 原子弹的研制

在第二次世界大战中,美国原子弹的研制就第一次用到了蒙特卡罗方法。原子弹的爆炸依赖于裂变时产生的链式反应反应。在链式反应中,核物质中游离的中子会撞击铀原子,释放大量的能量,同时释放出来三个新的中子。这些中子如果又能撞击其它铀原子,链式反应就会发生。这样原子弹就能爆炸了。但释放出来的中子是不是能撞击到其它铀原子,是一个不确定的过程。这些中子运动的方向,携带的能量是随机的。如果整个核物质的质量太小,很有可能中子被释放出来之后,直接离开了核物质,没撞击到任何铀原子,那链式反应就不会发生,原子弹就爆炸不了了。在核物理中有一个概念,叫“临界质量”,是让链式反应能够发生的最小质量。而这个临界质量,就是对各个中子运动中的随机变量进行取样,通过蒙特卡罗模拟算法计算得到。

三、注意事项

2. 蒙特卡罗方法的成功,非常依赖于参数和模型的正确。

最近大火的AI如Chat-GPT有资料显示使用了蒙特卡罗方法。GPT-3的参数有1750亿个,根据OpenAI的CEO山姆·阿尔特曼(Sam Altman)说GPT-4的参数并不比GPT-3多很多,但大家猜测,GPT-5的参数将会是GPT-3的100倍。

我们知道GPT很厉害,可是不知道GPT为什么厉害。

四、启示

蒙特卡罗方法在哲学上是一种随机试验,在物理学上是通过人为制造的随机性——噪声来探索系统的多个可能性,在数学上,它还有一个惊喜:能减少计算量!也许是因为有了噪声自动代表了多种可能性,有了噪声,你不用太高的分辨率和预测精度就能达到很不错的计算结果。

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