Участник:Lonalone/Генерация гауссовского вектора методом линейных преобразований: различия между версиями

Материал из Алговики
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строка 11: Строка 11:
Даны корреляционная матрица Q и вектор математических ожиданий компонент вектора X:
Даны корреляционная матрица Q и вектор математических ожиданий компонент вектора X:
:<math>
:<math>
\begin{align}
Q = \|q_{ij}\| = \| M[(X_{i} - m_{X_{i}})(X_{j} - m_{X_{j}})]\|, \\
Q = \|q_{ij}\| = \| M[(X_{i} - m_{X_{i}})(X_{j} - m_{X_{j}})]\|, \\
M = (m_{X_{1}}, m_{X_{2}}, ..., m_{X_{n}})^T.
M = (m_{x_{1}}, m_{x_{2}}, ..., m_{x_{n}})^T.
\end{align}
</math>
 
Требуется найти такую матрицу В, которая позволяла бы в результате преобразования <math>X = BY + M</math>, где <math>Y</math> — n-мерный вектор с независимыми нормально распределенными компонентами со стандартными параметрами, получить вектор <math>X</math> с требуемыми характеристиками.
 
Будем искать матрицу <math>В</math> в виде нижней треугольной матрицы. Перейдем от матричной записи к системе алгебраических уравнений:
<br>
:<math>
 
\begin{pmatrix} X_{1} \\
X_{2} \\ \vdots \\ X_{n} \end{pmatrix} =
 
\begin{pmatrix} b_{11} & 0 & \cdots & 0
\\b_{21} & b_{22} & \cdots & 0
\\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots
\\ b_{n1} & b_{n2} & \cdots & b_{nn}
\end{pmatrix} \times
 
\begin{pmatrix} Y_{1} \\
Y_{2} \\ \vdots \\ Y_{n} \end{pmatrix} +
 
\begin{pmatrix} m_{x_{1}} \\
m_{x_{2}} \\ \vdots \\ m_{x_{n}} \end{pmatrix} \Rightarrow
</math>
<br>
:<math>
 
\begin{cases}X_{1} - m_{x_{1}} = b_{11}Y_{1}
\\X_{2} - m_{x_{2}} = b_{21}Y_{1} + b_{22}Y_{2}
\\ \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots
\\X_{n} - m_{x_{n}} = b_{n1}Y_{1} + b_{n2}Y_{2} + \cdots + b_{nn}Y_{n}
\end{cases}
 
</math>
<br>
Поскольку компоненты вектора <math>Y</math> независимы и имеют стандартные параметры, справедливо выражение:
:<math>
M[Y_{i}Y_{j}] =
\left\{\begin{matrix}
1, &i = j, \\
0, &i \not= j,
\end{matrix}\right .
</math>
</math>



Версия от 18:17, 22 октября 2018

Автор описания: Меньших И. М.


Свойства и структура алгоритма

Общее описание алгоритма

В статье приведен алгоритм генерации n-мерного случайного вектора, распределенного по нормальному закону, с помощью метода линейных преобразований[1]. Этот метод является одним из наиболее распространенных так называемых корреляционных методов, применяемых в случаях, когда при моделировании непрерывного n-мерного случайного вектора достаточно обеспечить лишь требуемые значения элементов корреляционной матрицы этого вектора (для случая нормального распределения выполнение названного требования означает выполнение достаточного условия полного статистического соответствия теоретического и моделируемого распределений[2]) и вектора математических ожиданий компонент.

Идея алгоритма заключается в линейном преобразовании случайного n-мерного вектора Y c независимыми, одинаково распределенными по стандартному нормальному закону компонентами в случайный вектор X с требуемыми корреляционной матрицей и вектором математических ожиданий компонент.

Математическое описание алгоритма

Даны корреляционная матрица Q и вектор математических ожиданий компонент вектора X:

[math]\displaystyle{ Q = \|q_{ij}\| = \| M[(X_{i} - m_{X_{i}})(X_{j} - m_{X_{j}})]\|, \\ M = (m_{x_{1}}, m_{x_{2}}, ..., m_{x_{n}})^T. }[/math]

Требуется найти такую матрицу В, которая позволяла бы в результате преобразования [math]\displaystyle{ X = BY + M }[/math], где [math]\displaystyle{ Y }[/math] — n-мерный вектор с независимыми нормально распределенными компонентами со стандартными параметрами, получить вектор [math]\displaystyle{ X }[/math] с требуемыми характеристиками.

Будем искать матрицу [math]\displaystyle{ В }[/math] в виде нижней треугольной матрицы. Перейдем от матричной записи к системе алгебраических уравнений:

[math]\displaystyle{ \begin{pmatrix} X_{1} \\ X_{2} \\ \vdots \\ X_{n} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} b_{11} & 0 & \cdots & 0 \\b_{21} & b_{22} & \cdots & 0 \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ b_{n1} & b_{n2} & \cdots & b_{nn} \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} Y_{1} \\ Y_{2} \\ \vdots \\ Y_{n} \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} m_{x_{1}} \\ m_{x_{2}} \\ \vdots \\ m_{x_{n}} \end{pmatrix} \Rightarrow }[/math]


[math]\displaystyle{ \begin{cases}X_{1} - m_{x_{1}} = b_{11}Y_{1} \\X_{2} - m_{x_{2}} = b_{21}Y_{1} + b_{22}Y_{2} \\ \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \cdots \\X_{n} - m_{x_{n}} = b_{n1}Y_{1} + b_{n2}Y_{2} + \cdots + b_{nn}Y_{n} \end{cases} }[/math]


Поскольку компоненты вектора [math]\displaystyle{ Y }[/math] независимы и имеют стандартные параметры, справедливо выражение:

[math]\displaystyle{ M[Y_{i}Y_{j}] = \left\{\begin{matrix} 1, &i = j, \\ 0, &i \not= j, \end{matrix}\right . }[/math]

Вычислительное ядро алгоритма

Макроструктура алгоритма

Схема реализации последовательного алгоритма

Последовательная сложность алгоритма

Информационный граф

Ресурс параллелизма алгоритма

Входные и выходные данные алгоритма

Свойства алгоритма

Программная реализация алгоритма

Особенности реализации последовательного алгоритма

Локальность данных и вычислений

Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма

Масштабируемость алгоритма и его реализации

Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма

Выводы для классов архитектур

Существующие реализации алгоритма

Литература

  1. ↑ Балдин К.В., Уткин В.Б. Информационные системы в экономике. - М.:ИТК Дашков и К, 2008. - 395 с.
  2. ↑ https://ru.wikipedia.org/wiki/Многомерное_нормальное_распределение