由于我的问题需要用到正态分布(或者对数正态分布)的随机数,但是用C#编程的时候却发现没有现存的函数可以调用。我于是Baidu了一下如何用C#产生正态分布(或者对数正态分布)的随机数,得到的结论大置如下:
第1步: 产生0-1的均匀分布随机数y, 用 y 表示所求随机数 x
的累积密度函数值;
第2步: 求解反函数http://s5/middle/62f9f07bgc0f075431b14&690,具体的方法有二分法,牛顿迭代,Karmarkar等
这种产生正态分布伪随机数的方法相对精确,但是它需要多次反复的迭代,因而时间较长。但是我的问题需要在很短的时间内(0.1s)产生大量的随机数(K>=1000),因而我不得不寻找更加快速的方法。最后我在Wiki上面找到了Box–Muller转换公式解决了我的问题,如果你有类似的问题,可以阅读以下内容:
原文请转至:http://en.wikipedia.org/wiki/Box–Muller_transform
Box–Muller转换公式一般有两种形式
A. 标准形式
假设U1 和 U2 是 (0, 1] 均匀分布的随机数,且U1 和 U2 彼此独立,令:
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/math/c/f/2/cf22372445ea2225bfc5a87f61def3bf.png
and
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/math/1/7/6/176e23bd2ac2b6bd4b9351b50209e248.png
那么 Z0 和 Z1
就是服从N(0,1)的随机数,且 Z0 和 Z1 彼此独立
B.极坐标形式
假设u 和 v
是 [-1, 1]
均匀分布的随机量,且u 和 v
彼此独立,令:
s = u2 + v2.
那么随机数z0 和 z1可以按照如下公式产生,结果是z0 和 z1服从N(0,1)的随机数,且 z0 和 z1彼此独立
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/math/6/9/2/6925806d15e5a33d9bc1b1472a2dd906.png
and
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/math/d/8/3/d83d4fb25a69850ad256bca4ff90db1c.png
为了保证ln s <0, 要求 s<1 且s
!=0,若不满足条件,则重新产生u 和 v
B 形式更加常用,因为它的计算量更小(不用计算sin和cos)
下面按照B形式给出产生服从N(0,1)分布的随机数z0 和 z1C#程序:
internal static double[] NormalDistribution()
{
Random
rand = new Random();
double[] y;
double u1, u2, v1=0, v2=0, s = 0, z1=0, z2=0;
while (s > 1 || s == 0)
{
u1 = rand.NextDouble();
u2 = rand.NextDouble();
v1 = 2 * u1 - 1;
v2 = 2 * u2 - 1;
s = v1 * v1 + v2 * v2;
}
z1 = Math.Sqrt(-2 * Math.Log(s) / s) * v1;
z2 = Math.Sqrt(-2 * Math.Log(s) / s) * v2;
y = new double[] { z1, z2 };
return y; //返回两个服从正态分布N(0,1)的随机数z0 和 z1
}
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