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R大數定律(Python切比雪夫不等式驗證大數定律)模擬圓周率

編輯:Python

大數定律

在概率論中,大數定律 (LLN) 是描述大量執行相同實驗的結果的定理。 根據規律,大量試驗所得結果的平均值應接近預期值,並隨著試驗次數的增加而趨於接近預期值。

LLN 很重要,因為它保證了一些隨機事件的平均值的長期穩定結果。例如,雖然賭場可能會在輪盤賭的單次旋轉中賠錢,但其收益將趨向於在大量旋轉中的可預測百分比。 玩家的任何連勝最終都會被游戲的參數所克服。 要注意的是,該定律僅在考慮大量觀察時才適用(如名稱所示)。 沒有原理關系的是少數觀察結果會與預期值一致,或者一個值的連續性會立即被其他值“平衡”。

另外是要注意,LLN 僅適用於平均值。因此,雖然

lim ⁡ n → ∞ ∑ i = 1 n X i n = X ˉ \lim _{n \rightarrow \infty} \sum_{i=1}^{n} \frac{X_{i}}{n}=\bar{X} n→∞lim​i=1∑n​nXi​​=Xˉ

其他看起來相似未經驗證的公式,例如與“理論結果”的原始偏差:

∑ i = 1 n X i − n × X ˉ \sum_{i=1}^{n} X_{i}-n \times \bar{X} i=1∑n​Xi​−n×Xˉ

它不僅不會隨著 n n n 的增加而收斂到零,反而隨著 n n n 的增加,它的絕對值也趨於增加。

模擬

為了完整起見,下面的模擬將按照以下邏輯估計 π \pi π 的值:

知道圓的面積是 π r 2 \pi r^{2} πr2,我們知道半徑 ( r r r ) 為 1 的圓的面積只是 π \pi π 。 如果我們將圓完美地放置在邊長為 2 的正方形(即面積為 4)的內部,我們知道圓的面積與正方形的面積之比為 π 4 \frac{\pi}{4} 4π​。

因此,如果我們隨機向一個尺寸相同的飛镖板多次投擲飛镖,那麼圓內的飛镖與擊中正方形的飛镖的比率應該接近 π 4 \frac{\pi}{4} 4π​。如果我們將這個比率乘以 4,我們就得到了 π \pi π 的估計值。

# Create a dartboard 
dart_board <- ggplot() +
geom_circle(aes(x0 = 0, y0 = 0, r = 1), fill = "black") +
geom_circle(aes(x0 = 0, y0 = 0, r = 0.99), fill = "red") +
geom_circle(aes(x0 = 0, y0 = 0, r = 0.7), fill = "lightyellow") +
geom_circle(aes(x0 = 0, y0 = 0, r = 0.2), fill = "red") +
geom_circle(aes(x0 = 0, y0 = 0, r = 0.1), fill = "darkgreen") +
coord_fixed() +
geom_segment(aes(x=-1,xend=1,y=1,yend=1)) +
geom_segment(aes(x=-1,xend=1,y=-1,yend=-1)) +
geom_segment(aes(x=1,xend=1,y=-1,yend=1)) +
geom_segment(aes(x=-1,xend=-1,y=-1,yend=1)) +
xlab("x")+ylab("y")+
theme_bw()
dart_board

繪制收斂趨勢圖

源代碼

Python切比雪夫不等式驗證大數定律

參閱 - 亞圖跨際


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