Стохастическое моделирование замкнутых кривых на плоскости
Автор: Куркина Мария Викторовна, Славский Виктор Владимирович
Рубрика: Математическое моделирование
Статья в выпуске: 1 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Наиболее универсальный метод имитационного моделирования - стохастическое моделирование. Первоначально Энрико Ферми в 1930-х годах в Италии, а затем Джон фон Нейман и Станислав Улам в 1940-х в Лос-Аламосе предложили использовать стохастический подход для аппроксимации многомерных интегралов в уравнениях переноса, возникших в связи с задачей о движении нейтрона в изотропной среде. После начала использования компьютеров произошeл большой прорыв, и этот метод стал применяться в самых разных задачах, для решения которых стохастический подход оказался более эффективным, чем другие математические методы. В данной работе изучается форма случайного выпуклого овала на плоскости и более общая задача форма случайной замкнутой кривой на плоскости, исследуется изопериметрическое отношение - отношение квадрата длины кривой к площади ограниченной кривой. Величина этого отношения в силу изопериметрического неравенства ограниченна и характеризует отклонение кривой от окружности. Определяется конечномерное многообразие замкнутых регулярных кривых на плоскости и его бесконечномерный аналог. Изучается вероятностные распределения изопериметрического отношения на них. Основной результат состоит в установлении аналитического закона вероятностного распределения отношения - как распределения Фреше являющиеся частным случаем обобщенного распределения экстремальных значений. Основным используемым методом является разложение Фурье опорной функции множества на плоскости и применение математических пакетов Mathematica и Matlab при стохастическом моделировании.
Изопериметрическое отношения, распределения экстремальных значений
Короткий адрес: https://sciup.org/147233002
IDR: 147233002 | УДК: 519.245 | DOI: 10.14529/mmp210103
Stochastic modelling of closed curves in the plane
The most versatile simulation method is stochastic simulation. Initially, Enrico Fermi in the 1930s in Italy, and then John von Neumann and Stanislav Ulam in the 1940s at Los Alamos, proposed using a stochastic approach to approximate multidimensional integrals in transport equations arising in connection with the problem of the motion of a neutron in an isotropic medium. After the start of the use of computers, there was a big breakthrough, and this method began to be applied in a wide variety of problems, for which the stochastic approach proved to be more effective than other mathematical methods. In this paper, we study the shape of a random convex oval in a plane and a more general problem, the shape of a random closed curve in a plane, investigate the isoperimetric ratio - the ratio of the squared length of a curve to the area of bounded curve. The value of this ratio, due to the isoperimetric inequality, is limited and characterizes the deviation of the curve from the circle. A finite-dimensional manifold of closed regular curves in the plane and its infinite- dimensional analog are defined. The probability distributions of the isoperimetric ratio on them are studied. The main result is to establish an analytical law for the probability distribution of the ratio - as Frechet distributions, which are a particular case of the generalized distribution of extreme values. The main method used is the Fourier expansion of the support set function on the plane and the use of mathematical packages Mathematica and Matlab for stochastic modeling.
Список литературы Стохастическое моделирование замкнутых кривых на плоскости
- Сантало, Л. Интегральная геометрия и геометрические вероятности / Л. Сантало. - М.: Наука, 1983.
- Marckert, J.F. Compact Convex Sets of the Plane and Probability Theory / J.F. Marckert, D. Renault // ESAIM: Probability and Statistics. - 2014. - V. 18. - P. 854-880.
- Зигмунд, А. Тригонометрические ряды. Т. 1,2 / А. Зигмунд. - М.: Мир, 1965.
- Бари, Н.К. Тригонометрические ряды / Н.К. Бари. - М.: Физматлит, 1961.
- Бесов, О.В. Тригономерические ряды Фурье / О.В. Бесов. - М.: МФТИ, 2004.
- Залгаллер, В.А. Теория огибающих / В.А. Залгаллер. - М.: Наука, 1975.
- Полиа, Г. Изопериметрические неравенства в математической физике / Г. Полиа, Г. Сеге. - М.: Физматлит, 1962.
- Арнольд, В.И. Математика: границы и перспективы. - М.: ФАЗИС, 2005.