Преобразование Бокса — Мюллера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Box Muller.svg

Преобразование Бокса — Мюллера — метод моделирования стандартных нормально распределённых случайных величин. Имеет два варианта. Метод является точным, в отличие, например, от методов, основывающихся на центральной предельной теореме.

Метод был опубликован в 1958 году Джорджем Боксом и Мервином Мюллером.

Первый вариант[править | править вики-текст]

Пусть и  — независимые случайные величины, равномерно распределённые на интервале . Вычислим и по формулам

Тогда и будут независимы и распределены нормально с математическим ожиданием 0 и дисперсией 1. При реализации на компьютере обычно быстрее не вычислять обе тригонометрические функции — и  — а рассчитать одну из них через другую. Ещё лучше воспользоваться вместо этого вторым вариантом преобразования Бокса — Мюллера.

Второй вариант[править | править вики-текст]

Пусть и  — независимые случайные величины, равномерно распределённые на отрезке . Вычислим . Если окажется, что или , то значения и следует «выбросить» и сгенерировать заново. Как только выполнится условие , по формулам

и

следует рассчитать и , которые, как и в первом случае, будут независимыми величинами, удовлетворяющими стандартному нормальному распределению.

Коэффициент использования базовых случайных величин для первого варианта, очевидно, равен единице. Для второго варианта это отношение площади окружности единичного радиуса к площади квадрата со стороной два, то есть . Тем не менее, на практике второй вариант обычно оказывается быстрее, за счёт того, что в нём используется только одна трансцендентная функция, . Это преимущество для большинства реализаций перевешивает необходимость генерации большего числа равномерно распределённых случайных величин.

Переход к общему нормальному распределению[править | править вики-текст]

После получения стандартной нормальной случайной величины , можно легко перейти к величине распределённой нормально с математическим ожиданием и стандартным отклонением по формуле

Это уже не является частью преобразования Бокса — Мюллера, но позволяет завершить генерацию нормальной случайной величины.

Ссылки[править | править вики-текст]