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用C#产生正态分布随机数

(2012-05-26 21:16:09)
标签:

正态分布

对数正态分布

随机数

c

it

分类: 运筹优化

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 U2 是 (0, 1] 均匀分布的随机数,且U1 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 Z1 就是服从N(0,1)的随机数,且 Z0 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 z1可以按照如下公式产生,结果是z0 z1服从N(0,1)的随机数,且 z0 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 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 z1
        }

 

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