《TP課代碼》

2021-02-20 小航芝士醬

代碼裡面提及的圖片此處並不提供,本代碼僅供格式和思路參考!

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\begin{document}

\begin{titlepage}

\vspace*{15mm}

\begin{center}

{\Huge\bfseries 概率論與數理統計上機實驗課}\\[10mm]

{\Huge\bfseries 習題及其Matlab實現}\\[70mm]

{\Large\bfseries ***姓名***\\***學號***}\\[5mm]

\Large\today

\end{center}

\vspace{\stretch{3}}

\end{titlepage}

\newpage

\begin{center}

\large

\tableofcontents

\end{center}

\newpage

\section{均勻隨機數\quad Uniformly distributed random number

}\par

\large

產生m×n個區間[0,1]內的均勻分布的隨機數,這些隨機數等可能地落入區間[0,1]內長度相等的子區間中。觀察1000個在x和y方向區間[0,1]內均勻分布的隨機點在二維平面上的散布情況,給出隨機點的二維散布圖,並求出其均值及方差。\\\par

Matlab程序如下:\\\par

m=1;n=10000;\par

x=unifrnd(0,1,m,n);\par

y=unifrnd(0,1,m,n);\par

plot(x,y,'*');\par

Ex=mean(x);\par

Ex2=mean(x.*x);\par

Var$\textunderscore \, x=Ex2-Ex^2;$\par

Str= strcat$('Ex=',num2str(Ex),'var=',num2str(Var\textunderscore \, x))$\par

運行結果為:均值Ex=0.499435990818872\par

\qquad\qquad\qquad 方差var=0.083762065578910\par

二維散點圖如下:

\begin{center}

\includegraphics{2.png}\end{center}\par

\begin{center}

\includegraphics{3.png}\end{center}\par

\begin{center}

\includegraphics{4.png}\end{center}\par

\section{直方圖繪圖命令\quad Histogram drawing commands

}\par

\large

統計10000個在區間[0,1]內的均勻分布的隨機數在5個小區間內的分布情況,繪出直方圖。\\\par

Matlab程序如下:\\\par

m=1;n=10000;\par

B=5;\par

X=unifrnd(0,1,m,n);\par

hist(X,B)\par

直方圖如下:\par

\begin{center}

\includegraphics{1.png}\end{center}\par

\section{相遇問題\quad Encounter problems

}\par

\large

甲乙兩船24小時內獨立隨機到達碼頭,兩船到達時刻為X和Y,如果甲船到達後停留2小時,乙船到達後停留1小時,則兩船相遇概率為多大?\\\par

Matlab程序如下:\\\par

n=10000000;\par

x=unifrnd(0,24,1,n);\par

y=unifrnd(0,24,1,n);\par

V=zeros(1,n);\par

for i=1:n\par if$(\quad(x(i)<y(i)+1\quad \&\&\quad y(i)<x(i))\,\,||\,\,(y(i)<x(i)+2\quad \&\&\quad x(i)<$\par

$y(i))\quad)\quad V(i)=1;$\par

end\par

end\par

P=sum(V)$/n;$\par

運行結果為:p=0.120706500000000\\\par

上一程序的優化:\par

n=10000000;\par

x=unifrnd(0,24,1,n);\par

y=unifrnd(0,24,1,n);\par

V=zeros(1,n);\par

for i=1:n\quad if(\,\,\,$(x(i)<y(i)+1\quad \&\&\quad y(i)<x(i)+2)$\,\,\,)\quad V(i)=1;\par

end\par

end\par

P=sum(V)$/n;$\par

運行結果為:p=0.120807700000000\\\par

\section{貝努利試驗\quad Bernoulli trials

}\par

\large

設事件A出現的概率為p=0.5。模擬100次貝努利試驗,統計結果中0和1各自出現的次數。做五次試驗,分別統計。\\\par

Matlab程序如下:\\\par

輸入binornd(100,0.5),計算5次,得到\par

ans=46 即成功46次\par

ans=56 即成功56次\par

ans=54 即成功54次\par

ans=51 即成功51次\par

ans=50 即成功50次\par

\section{六層Galton板\quad Sixfold Bernoulli trials

}\par

\large

小球從頂部落下,在每一層遇隔板以1/2概率向左(右)下落,底部門層隔板形成7個槽,模擬10000000個小球下落,統計Galton板底各槽小球的數目。\\\par

首先列出以下的數字(a的角標)三角:\par

\qquad\qquad\quad\,\quad\, \quad\, \quad\, \quad\, 0\qquad\, 1\qquad\,0\par

\qquad\qquad\quad\,\quad\, \quad\, \quad\, 0\qquad\, 2\qquad\, 3\qquad\, 0\par

\qquad\qquad\quad\,\quad\, \quad\, 0\qquad\, 4\qquad\, 5\qquad\, 6\qquad\, 0\par

\qquad\qquad\quad\,\quad\, 0\qquad\, 7\,\,\,\qquad 8\,\qquad\, 9\,\qquad 10\qquad 0\par

\qquad\qquad\quad\, 0\qquad 11\qquad 12\qquad 13\qquad 14\qquad 15\qquad 0\par

\qquad\qquad0\qquad 16\qquad 17\qquad 18\qquad 19\qquad 20\qquad 21\qquad 0\par

Matlab程序如下:\\\par

a01=binornd(10000000,0.5)\par

a10=10000000-a01\par

a02=binornd(a01,0.5)\par

b=a01-a02\par

c=binornd(a10,0.5)\par

a23=b+c\par

a30=a10-c\par

a04=binornd(a02,0.5)\par

d=a02-a04\par

e=binornd(a23,0.5)\par

a45=d+e\par

f=a23-e\par

g=binornd(a30,0.5)\par

a56=f+g\par

a60=a30-g\par

a07=binornd(a04,0.5)\par

h=a04-a07\par

i=binornd(a45,0.5)\par

a78=h+i\par

j=a45-i\par

k=binornd(a56,0.5)\par

a89=j+k\par

l=a56-k\par

m=binornd(a60,0.5)\par

a910=l+m\par

a100=a60-m\par

a011=binornd(a07,0.5)\par

n=a07-a011\par

o=binornd(a78,0.5)\par

a1112=n+o\par

p=a78-o\par

q=binornd(a89,0.5)\par

a1213=p+q\par

r=a89-q\par

s=binornd(a910,0.5)\par

a1314=r+s\par

t=a910-s\par

u=binornd(a100,0.5)\par

a1415=t+u\par

a150=a100-u\par

a016=binornd(a011,0.5)\par

v=a011-a016\par

w=binornd(a1112,0.5)\par

a1617=v+w\par

x=a1112-w\par

y=binornd(a1213,0.5)\par

a1718=x+y\par

z=a1213-y\par

z1=binornd(a1314,0.5)\par

a1819=z+z1\par

z2=a1314-z1\par

z3=binornd(a1415,0.5)\par

a1920=z2+z3\par

z4=a1415-z3\par

z5=binornd(a150,0.5)\par

a2021=z4+z5\par

a210=a150-z5\par

fprintf('\%d\,\%d\,\%d\,\%d\,\%d\,\%d\,\%d\,\%d$\backslash$n',\,a016,a1617,a1718,a1819,a1920,a2021,a210);\par

運行結果為:156414 937345 2343185 3127681 2341999 937440 155936\par

近似於二項分布:1 6 15 20 15 6 1

\section{蒙特卡洛方法\quad Monte Carlo method

}\par

\large

計算兩條拋物線$y=x^{2}$和$x=y^{2}$圍成的面積。\\\par

Matlab程序如下:\\\par

n=10000000;\par

x=unifrnd(0,1,1,n);\par

y=unifrnd(0,1,1,n);\par

V=zeros(1,n);\par

for $i=1:n$\quad if$(\quad(x(i)>y(i)^{\wedge}2\quad\&\&\quad y(i)>x(i)^{\wedge}2)\quad)\quad V(i)=1;$\par

end\par

end\par

P=sum(V)$/n;$\par

運行結果為:$p=0.333223700000000$\\\par

精確解法:syms x y\par

f1=int$(1,x,y^{\wedge}2,sqrt(y));$\par

f2=int(f1,y,0,1)\par

運行結果為:$f2=1/3$\par

練習:\par

syms x y\par

f=$exp(-x^2/2)

;$\par

int(f,x,-inf,inf

)\par

運行結果為:ans=$2^(1/2)*pi^(1/2)$\par

\section{累計概率}\par

\large

設隨機變量X的概率密度為\par

\[p(x)=\left\{

\begin{aligned}

\frac{c}{\sqrt{1-x^{2}}}  \qquad if\quad 1<x<1\\

0 \qquad\qquad\quad elsewhere

\end{aligned}

\right.

\]\par

求X的分布函數F$(x)$。\\\par

Matlab程序如下:\\\par

練習:syms x y c\par

$f=c/sqrt(1-x*x);$\par

$int(f,x,-1,1)$\par

運行結果為:$ans=pi*c$\\\par

syms x\par

$g=1/pi/sqrt(1-x*x);$\par

$int(g,x,-1,1)$\par

運行結果為:$g=5734161139222659/(18014398509481984*(1 - x^{\wedge}2)^{\wedge}(1/2))$\par

\qquad\qquad\quad$ans=(5734161139222659*pi)/18014398509481984$\par

\end{document}

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