Laborator 3 - Simulare. Metode de tip Monte Carlo. I. Estimarea ariilor şi a volumelor RStudio. Nu uitaţi să va setaţi directorul de lucru: Session Se

Documente similare
DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 36 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Noțiuni matematice de bază

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

Laborator 6 - Statistică inferenţială I. Inferenţă asupra mediei - Testul Z pentru media unei populaţii cu dispersia cunoscută Se consideră o populaţi

Modelarea si Simularea Sistemelor de Calcul

Microsoft Word - Programa finala olimpiadei matematica 2007 gimnaziu.doc

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_javitasi_0911_roman.doc

RecMat dvi

C10: Teoria clasică a împrăștierii Considerăm un potențial infinit în interiorul unui domeniu sferic de rază a și o particulă incidentă (Figura 1) la

Matematica VI

Cursul 12 (plan de curs) Integrale prime 1 Sisteme diferenţiale autonome. Spaţiul fazelor. Fie Ω R n o mulţime deschisă şi f : Ω R n R n o funcţie de

SUBPROGRAME

Pentru afacerea dumneavoastră ModernBiz Glossary 2014 Microsoft Corporation. Toate drepturile rezervate.

Examenul de bacalaureat 2012

www. didactic.ro Aplicaţii ale trigonometriei în geometrie Trecem în revistă următoarele rezultate importante: 1) Teorema sinusurilor: Teorema cosinus

Universitatea Politehnica din Bucureşti 2019 Disciplina: Geometrie şi Trigonometrie G1 * Varianta A 1. Ştiind cos x = 3 2, atunci sin2 x

Examenul de bacalaureat 2012

Examenul de bacalaureat 2012

Pachete de lecţii disponibile pentru platforma AeL

Curs 10 Aplicaţii ale calculului diferenţial. Puncte de extrem 10.1 Diferenţiale de ordin superior S¼a trecem acum la de nirea diferenţialelor de ordi

Cursul 8 Funcţii analitice Vom studia acum comportarea şirurilor şi seriilor de funcţii olomorfe, cu scopul de a dezvălui o proprietate esenţială a ac

2

20 SUBIECTE DE EXAMEN - De fapt, în pofida acestor probleme, până la urmă tot vom logaritma, căci aceasta este tehnica naturală în context. Trebuie do

Proiectarea Sistemelor Software Complexe

Laborator 2-3 Utilizarea programului de simulare electromagnetică EmPro Continuare În lucrarea de laborator se va investiga o linie de transmisie micr

Paradigme de programare

Microsoft Word - societatea informationala.doc

Microsoft Word - cap1p4.doc

Aero-BCD, , Prof. L. Costache & M. Olteanu Notițe de Adrian Manea Seminar 5 Șiruri și serii de funcții. Serii de puteri 1 Șiruri de funcții D

CERCURI REMARCABILE ASOCIATE UNUI TRIUNGHI CERCURI EXÎNSCRISE Natura vorbeşte în limbajul matematicii: literele acestei limbi sunt cercuri, tri

1

INDICATORI AI REPARTIŢIEI DE FRECVENŢĂ

OPERATII DE PRELUCRAREA IMAGINILOR 1

Microsoft Word - FiltrareaNyquist-rezumat.doc

Microsoft Word - TIC5

Ghid de referinţă rapidă pentru Seria ZT400™

I

Microsoft Word - D_ MT1_II_001.doc

Matematika román nyelven középszint Javítási-értékelési útmutató 1813 ÉRETTSÉGI VIZSGA május 7. MATEMATIKA ROMÁN NYELVEN KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VI

Copyright c 2001 ONG TCV Scoala Virtuala a Tanarului Matematician 1 Ministerul Educatiei si Stiintei Examenul de bacalaureat la

Microsoft Word - Algoritmi genetici.docx

Microsoft Word - C05_Traductoare de deplasare de tip transformator

Microsoft Word - Programa_Evaluare_Nationala_2011_Matematica.doc

PowerPoint Presentation

PowerPoint Presentation

1. Găsiți k numerele cele mai apropiate într-un şir nesortat Dându-se un şir nesortat și două numere x și k, găsiți k cele mai apropiate valori de x.

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 61 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

GHERCĂ MAGDA CASA CORPULUI DIDACTIC BRĂILA PORTOFOLIU EVALUARE INFORMATICĂ ȘI TIC PENTRU GIMNAZIU CLASA A V-A Neamț SERIA 1 GRUPA 1 CURSANT: GHERCĂ G

Microsoft Word - 2 Filtre neliniare.doc

Creational design patterns

BARAJ NR. 1 JUNIORI FRANŢA ianuarie Fie x şi y două numere întregi astfel încât 5x + 6y şi 6x + 5y să fie pătrate perfecte. Arătaţi că

2

CL2009R0976RO bi_cp 1..1

Şcoala ………

CURS

Matematici aplicate științelor biologie Lab06 MV

COMENTARII FAZA JUDEŢEANĂ, 9 MARTIE 2013 Abstract. Personal comments on some of the problems presented at the District Round of the National Mathemati

PROIECT DIDACTIC

PowerPoint Presentation

1

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ "ADOLF HAIMOVICI" ETAPA JUDEȚEANĂ 18 martie 2017 Filiera Tehnologică : profilul Tehnic Clasa a IX -a Problema 1. 2 Se

CONCURSUL NAŢIONAL DE MATEMATICA PANAITOPOL EDIŢIA a X-a, TULCEA, 21 aprilie 2018 Clasa a VII - a 1. Se consideră numerele reale x, y şi z, cel puţin

MergedFile

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca 1.2 Facultatea Mecanică 1.3 Depart

Autoevaluare curs MN.doc

Matematici aplicate științelor biologie Lab05 MV

Senzor pentru nivelul optim de azot al plantei

PPSD

gaussx.dvi

Laborator 9- Estimarea parametrilor Sef lucrari dr.mat. Daniel N.Pop Departamentul de calculatoare si inginerie electrica 29.nov

O metodă de rafinare a unor inegalităţi geometrice Temistocle BÎRSAN 1, Marius DRĂGAN 2, Neculai STANCIU 3 Abstract. This paper presents a method to o

Installation manuals;Option handbooks

Capitole Speciale de Informatică Curs 4: Calculul scorurilor în un sistem complet de extragere a informaţiilor 18 octombrie 2018 Reamintim că în cursu

Microsoft PowerPoint - curs5-DPT-2010V97 [Compatibility Mode]

Microsoft Word - Probleme-PS.doc

DISCURI DE FRÂNĂ TEXTAR Gamă de produse

Concepte de bază ale Tehnologiei Informației

MergedFile

Laborator 1-Teoria probabilitatilor si statistica matematica Sef lucrari dr.mat. Daniel N.Pop Departamentul de calculatoare si inginerie electrica 1 P

Aggregating Data

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_jav_utmut0513V28_roman.doc

Slide 1

matematica

Modulul 1 M1-2.3 Protocoale şi servicii în reţea În acest capitol ne propunem să abordăm următoarele: Protocoalele şi aplicaţiile folosite în reţelele

Pacton, Profi: „Ne dorim să ajungem la 500 de magazine anul viitor”

Documentaţie Tehnică Verificare TVA API Ultima actualizare: 1 ianuarie / 92 1

Fâciu N. Maria-Ema CASA CORPULUI DIDACTIC BRĂILA PROGRAM DE FORMARE INFORMATICĂ ȘI TIC PENTRU GIMNAZIU CLASA A V-A SERIA 1 GRUPA 2 CURSANT: Fâciu N. M

Microsoft Word - Politică de cookie-uri OK_v1.docx

Slide 1

Prezentul Raport ilustrează statistici comparative privind calitatea serviciilor de acces la internet, pentru anul 2014, din perspectiva parametrilor

Chestionarul MOSPS

ALGORITHMICS

1. Teorema lui Ceva Ene Mihai+Radu Vlad+Budacu Vlad

Analiza Bayesiana - Fundamente Teoretice si Exemple

CONSTIENT Marius Chirila

Transcriere:

Laborator 3 - Simulare. Metode de tip Monte Carlo. I. Estimarea ariilor şi a volumelor RStudio. Nu uitaţi să va setaţi directorul de lucru: Session Set Working Directory Choose Directory. Exerciţiu rezolvat. Aria discului unitate este π. Acoperim discul cu un pătrat de dimensiuni 2 pe 2 şi estimăm numărul π folosind 1, 5 şi 1 valori uniforme aleatoare. Comparăm apoi rezultatele cu valoarea cunoscută a lui π = 3.14159265358... Discul unitate este inlcus în [ 1, 1] [ 1, 1]. Următoarea funcţie estimează π utilizând N numere aleatoare. disc area = function(n) { N C = ; x = runif(1, -1, 1); y = runif(1, -1, 1); if(x*x + y*y <= 1) N C = N C + 1; return(4*n C/N); Dacă am estimat o valoare α actual prin metoda Monte Carlo şi obţinem α MC, putem măsura eroarea făcută (aceea de a folosi α MC în loc de α actual ) în cel puţin două moduri: Eroarea absolută: ɛ abs = α MC α actual. Eroarea relativă: ɛ rel = α MC α actual. Această avaloare poate fi scrisă şi procentual, α actual obţinând eroarea procentuală: ɛ per = ɛ rel 1%. I.1. Estimaţi volumul sferei unitate (care este 4π/3) folosind eşantioane de numere aleatoare de dimensuni diferite şi apoi calculaţi erorile (absolută şi relativă) corespunzătoare. I.2. Estimaţi aria dintre parabola de ecuaţie y = y = 2x 2 + 5x 2 şi axa Ox (abscisă) - folosind 1 valori uniforme. Determinaţi aria exactă prin integrare şi calculaţi eroarea relativă. Indicaţie: parabola intersectează axa Ox în punctele (1/2, ) şi (2, ) şi are vârful în (5/4, 9/8). Un domeniu rectangular din planul real care acoperă această arie poate fi [, 2] [, 2]. II. Integrarea Monte Carlo Exerciţiu rezolvat. Estimaţi valoarea următoarei integrale folosind 2 şi apoi 5 de valori aleatoare uniforme (determinaţi 3 astfel de aproximări pentru fiecare din cele două dimensiuni şi calculaţi câte o medie şi câte o deviaţie standard). 1 e u2 /2 du. Următoarea funcţie oferăo estimare pentru un eşantion de dimensiune N

MC integration = function(n) { sum = ; u = runif(1,, 1); sum = sum + exp(-u*u/2; return(1*sum/n); Putem calcula o medie pentru k = 3 astfel de aproximări şi şi deviaţia standard corespunzătoare folosind următoarea funcţie. MC integr average= function(k, N) { for(i in 1:k) estimates[i] = MC integration(n); print(mean(estimates)); print(sd(estimates)); În urma execuţiei acestei funcţii obţinem > MC integr average(3, 2 [1] 1.249768 [1].2327472 > MC integr average(3, 5 [1] 1.25372 [1].1373724 Exerciţiu rezolvat. Estimaţi valoarea următoarei integrale folosind 2 şi apoi 5 de valori aleatoare uniforme (determinaţi 3 astfel de aproximări pentru fiecare din cele două dimensiuni şi calculaţi câte o medie şi câte o deviaţie standard), utilizând metoda MC îmbunătăţită, anume cu distribuţia exponenţială (λ = 1) + e u2 du. (Valoarea exactă acestei integrale este π/2 =.8862269.) Mai întâi, următoarea funcţie oferă o estimare pentru un eşantion de dimensiune N MC improved integration = function(n) { sum = ; u = rexp(1, 1); sum = sum + exp(-u*u)/exp(-u); return(sum/n); Putem calcula o medie pentru k = 3 astfel de aproximări şi şi deviaţia standard corespunzătoare folosind următoarea funcţie.

MC imprvd integr average= function(k, N) { estimates = ; for(i in 1:k) estimates[i] = MC improved integration(n); print(mean(estimates)); print(sd(estimates)); În urma execuţiei acestei funcţii obţinem > MC imprvd integr average(3, 2) [1].885824 [1].2743676 > MC imprvd integr average(3, 5) [1].8861285 [1].21369 II.1. ((a) sau (b) şi (c) sau (d)) Estimaţi valoarile următoarelor integrale (comparând estimarea cu valoarea exactă) şi calculaţi erorile absolute şi relative corespunzătoare: π (a) 1 (c) sin 2 x dx = π 4 2 ; (b) e x dx = 51.87987 dx = π + 1 x 2 2 ; (d) 1 1 dx 4x 2 = ln 3/4. 1 II.2 Estimaţi valoarea următoarei integrale utilizând metoda MC îmbunătăţită, cu distribuţia exponenţială (λ = 3, N = 5) + e 2u2 du = π/8. Comparaţi rezultatul cu valoarea exactă, şi calculaţi erorile absolute şi relative corespunzătoare. Determinaţi apoi 3 astfel de aproximări şi calculaţi o medie şi o deviaţie standard. (Vezi exerciţiul rezolvat.) III. Estimarea mediilor Exerciţiu rezolvat. Modelul stochastic pentru numărul de erori (bug-uri) găsite într-un nou produs software se poate descrie după cum urmează. Zilnic cei care testează produsul software testers determină un număr aleator de erori care sunt apoi corectate. Numărul de erori găsite în ziua i urmează o distribuţie Poisson(λ i ) al cărei parametru este cel mai mic număr de erori din cele două zile anterioare: λ i = min {X i 2, X i 1. Care este numărul mediu de zile în care sunt detectate toate erorile? (Presupunem că în primele două zile sunt găsite 31 şi 27 erori, respectiv.) Folosiţi N = 1 de simulări ( runs ) pentru estimatorul Monte Carlo. Generăm un număr de erori pentru fiecare zi, până când acest număr este. Următoarea funcţie oferă numărul de zile până când nu mai apar erori (pentru o singură simulare - run ).

Nr days = function() { nr days = 1; last errors = c(27, 31); nr errors = 27; while(nr errors > ) { lambda = min(last errors); nr errors = rpois(1, lambda); last errors = c(nr errors, last errors[1]) ; nr days = nr days + 1; return(nr days); Executăm această funcţie de N = 1 de ori şi returnăm media obţinută MC nr days = function(n) { s = ; for(i in 1:N) s = s + Nr days(); return(s/n); Rezultatul este 28.686, astfel, în aproximativ 4 săptămâni toate erorile vor fi găsite. III.1 Rezolvaţi din nou exerciţiul anterior considerând că λ i este media numărului de erori din cele trei zile anterioare (În primele trei zile numărul de erori găsite a fost de 9, 15 şi 13, respectiv). III.2 Doi mecanici schimbă filtrele de ulei pentru autoturisme într-un service. Timpul de servire este exponenţial cu parametrul λ = 4 hrs 1 în cazul primului mecanic şi λ = 12 hrs 1 în cazul celui de al doilea. Deoarece al doilea mecanic este mai rapid, el serveşte de 3 ori mai mulţi clienţi decât partenerul său. Astfel când un client ajunge la rând, probabilitatea de a fi servit de primul mecanic este 3/4. Fie X timpul de servire pentru un mecanic. Generaţi valori pentru X şi estimaţi media lui X. IV. Estimarea probabilităţilor Exerciţiu rezolvat. Modelul stochastic pentru numărul de erori (bug-uri) ăsite într-un nou produs software se poate descrie după cum urmează. Zilnic cei care testează produsul software testers determină un număr aleator de erori care sunt apoi corectate. Numărul de erori găsite în ziua i urmează o distribuţie Poisson(λ i ) al cărei parametru este cel mai mic număr de erori din cele trei zile anterioare: λ i = min {X i 3, X i 2, X i 1. (a) Estimaţi probabilitatea de a mai avea încă erori după 21 de zile de teste folosind 5 de simulări MC. (În primele trei zile numărul de erori găsite este 28, 22 şi 18, respectiv.). (b) Estimaţi această probabilitate, cu o eroare de cel mult ±.1 cu probabilitate.95. (a) Utilizăm N = 5 simulări ( runs ) Monte Carlo; în fiecare simulare generăm un număr de erori găsite în fiecare zi până când acest număr devine. Următoarea funcţie returnează numărul de zile până când nu mai există erori (la o singură simulare).

Nr days = function() { nr days = 2; last errors = c(18, 22, 28); nr errors = 18; while(nr errors > ) { lambda = min(last errors); nr errors = rpois(1, lambda); last errors = c(nr errors, last errors[1:2]) ; nr days = nr days + 1; return(nr days); Aplicăm această funcţie de N = 5 ori şi returnăm proporţia valorilor care depăşesc (strict) 21 de zile. MC nr days 21 = function(n) { s = ; if(nr days() > 21) ; s = s + 1; return(s/n); Proporţia calculată,.246, este o estimare a probabilităţii de a mai avea erori nedetectate şi după 21 de zile de testare. (b) Vom estima probabilitatea în două moduri. ( ) z Mai întâi, folosim o valoare prezumată, p =.246, şi N p (1 p α 2 2 ) : ɛ > alfa = 1 -.95 > z = qnorm(alfa/2) > epsilon =.1 > p =.246 > N min = p(1 - p)*(z/epsilon)ˆ 2 > N min [1] 7125.291 > MC nr days 21(N min + 1) [1].2547264 Obţinem N 7125.291 şi putem aplica MC nr days(n min + 1) ( ) z α 2 2 A doua metodă utilizează minorantul N : 2ɛ > alfa = 1 -.95 > z = qnorm(alfa/2) > epsilon =.1 > p =.246 > N min = (1/4)(z/epsilon)ˆ 2 > N min [1] 963.647 > MC nr days(n min + 1) [1].2496968

Obţinem N 963.647 şi putem aplica MC nr days(n min + 1). De obicei, cu a cea de-a doua metodă numărul de simulări ( runs ) este mai mare. IV.1 Estimaţi probabilitatea P (X < Y 2 ), unde X şi Y sunt variabile repartizate geometric, independente, cu parametrii.3 şi.5, respectiv. Apoi estimaţi aceeaşi probabilitate cu o eroare care să nu depăşească ±.5 cu probablitate.95. Care ar trebui să fie numărul de simulări ( runs )? IV.2 Patruzeci de computere sunt conectate printr-un LAN. Unul dintre ele este infectat de un anumit virus. În fiecare zi, acest virus ajunge de la un computer infectat la unul curat cu probabilitate.2. De asemeni, în fiecare zi (începând din a doua zi), administratorul de sistem alege la întâmplare zece computere infectate (sau pe toate dacă sunt infectate mai puţin de 1) şi îndepărtează virusul. (a) Estimaţi probabilitatea ca într-o anumită zi toate computerele să fie infectate. (b) Estimaţi probabilitatea ca într-o anumită zi cel puţin 15 computere să fie infectate. (c) Estimaţi această ultimă probabilitate cu o eroare de ±.1 cu probabilitea.95. Temă pentru acasă. 14 puncte [1p: C1] + [1p: C2] + [1p: C3] + [5p: C4 sau C5] + [6p: C6 sau C7] C1. (1 punct) Volumul unui vas paraboloidal (de revoluţie) P (a) = { (u, v, w) : w = u 2 + v 2, w a [ a, a] [ a, a] [ a, a] este πa2. Estimaţi acest volum utilizând metoda Monte Carlo pentru a = 2 şi comparaţi 2 rezultatul cu valoarea exactă. Folosiţi eşantioane de dimensiune 1, 2 şi 5 şi calculaţi erorile relative. C2. (1 punct) Fie T un triunghi ale cărui laturi sunt incluse în următoarele trei drepte: x 2y =, 2x 3y = şi 3x + 2y = 6, respectiv. Estimaţi aria (necunoscută) acoperită de T folosind metoda Monte Carlo 1 de simulări. Indicaţie: punctele interioare triunghiului sunt caracterizate de următoarele inegalităţi: x 2y, 2x 3y, şi 3x + 2y 6. Este necesar să găsiţi o zonă rectangulară care să acopere triunghiul în întregime. C3. (1 punct) Estimaţi valoarile următoarelor integrale şi comparaţi rezultatul cu valorile exacte (dacă sunt date): (a) π/3 ( sin 3 x + cos 3 x ) dx = 3 3 8 + 13 + 24, (b) dx 2x 2 + 1 = π 2 2. C4. (5 puncte) Două servere web oferă (servesc) aceleaşi pagini posibililor clienţi (web). Timpul necesar procesării unei cereri (request) HTTP este distribuit Γ(6, 4) pe primul server şi Γ(5, 3) pe cel de-al doilea (în miliseconde). La această durată se adaugă latenţa dintre client şi servere pe Internet care are o distribuţie exponenţială cu λ = 1 (în miliseconde 1 ). Se ştie că un client este direcţionat către primul server cu probabilitatea.35 şi către al doilea server cu probabilitatea.65. Estimaţi timpul mediu necesar servirii unui client (de la lansarea cererii până la primirea răspunsului). C5. (5 puncte) Două zeci şi cinci de computere sunt conectate într-un LAN. Un virus infectează această reţea în felul următor: în fiecare zi, acest virus ajunge de la un computer

infectat la unul curat cu probabilitate.25. De asemeni, în fiecare zi (începând cu a doua zi), administratorul de sistem îndepărtează virusul cu probabilitate.15 de pe unul două (dacă există) dintre calculatoarele infectate alese la întâmplare şi independent. (a) Estimaţi numărul mediu de zile necesare îndepărtării virusului din întreaga reţea. (b) Estimaţi probabilitatea ca într-o anumită zi cel puţin cinci computere să fie infectate. C6. (5 puncte) O pădure formată din 16 de copaci are forma unui dreptunghi de dimensiuni 4 4. În colţul sud-estic (dreapta-jos) ia naştere un incendiu. Vântul bate dinspre est şi, cu probabilitate.7, orice copac ia foc de la vecinul să estic (dacă acesta deja arde). Probabilităţile ca un copac să ia foc de la vecinul din vest sau sud (dacă aceştia ard) sunt egale cu.4, iar probabilitatea ca un copac să ia foc de la vecinul din nord este.2. întreprindeţi un studiu Monte Carlo pentru a estima probabilitatea ca cel puţin 25% din pădure să ardă la un moment dat. C7. (5 puncte) Două zeci şi cinci de studenţi au conturi pe un acelaşi server de mail. Contul unul student este infectat de un malware. În fiecare zi, acest malware se răspândeşte şi ajunge de la un cont infectat la unul neinfectat cu probabilitate.3. De asemeni, în fiecare zi (începând cu a doua zi), administratorul de sistem curăţă la întâmplare 4 conturi (sau toate conturile dacă sunt infectate mai puţin de 4). (a) Estimaţi probabilitatea ca fiecare cont să fie infectat cel puţin o dată. (b) Estimaţi probabilitatea ca într-o anumită zi toate conturile să fie infectate. (c) Cât de mare trebuie să fie numărul de simulări ( runs ) - adică dimensiunea eşantionului - astfel ca prima probabilitate să aibă o eroare de cel mult ±.1 cu probabilitatea.99? Găsiţi o astfel de estimare. Rezolvările acestor exerciţii (funcţiile R şi apelurile lor) vor fi redactate într-un script R.