численный метод решения математических задач, при котором искомые величины представляют вероятностными характеристиками какого-либо случайного явления, это явление моделируется, после чего нужные характеристики приближённо определяют путём статистической обработки "наблюдений" модели. Например, требуется рассчитать потоки тепла в нагреваемой тонкой металлической пластине, на краях которой поддерживается нулевая температура. Распределение тепла описывается тем же уравнением, что и расплывание пятна краски в слое жидкости (см.
Теплопроводность, Диффузия)
. Поэтому моделируют плоское
Броуновское движение частиц "краски" по пластине, следя за их положениями в моменты
kτ,
k = 0, 1, 2,... Приближённо принимают, что за малый интервал τ частица перемещается на шаг
h равновероятно во всех направлениях. Каждый раз направление выбирается случайным образом, независимо от всего предыдущего. Соотношение между τ и
h определяется коэффициентом теплопроводности. Движение начинается в источнике тепла и кончается при первом достижении края (наблюдается налипание "краски" на край). Поток Q (C) тепла через участок С границы измеряется количеством налипшей краски. При общем количестве
N частиц согласно
Больших чисел закону
такая оценка даёт случайную относительную ошибку порядка
(и систематическую ошибку порядка
h из-за дискретности выбранной модели).
Искомую величину представляют математическим ожиданием (См.
Математическое ожидание) числовой функции
f от случайного исхода ω явления:
, т. е. интегралом по вероятностной мере Р (см.
Мера множества)
. На оценку
, где ω
1,..., ω
N -смоделированные исходы, можно смотреть как на квадратурную формулу для указанного интеграла со случайными узлами ω
k и случайной погрешностью
RN обычно принимают
, считая большую погрешность пренебрежимо маловероятной;
Дисперсия Df может быть оценена в ходе наблюдений (см.
Ошибок теория)
.
В разобранном выше примере
f (ω)= 1
, когда траектория кончается на С; иначе
f (ω)
= 0. Дисперсия
. Интеграл берётся по пространству ломаных со звеньями постоянной длины; он может быть выражен через кратные интегралы.
Проведение каждого "эксперимента" распадается на две части: "розыгрыш" случайного исхода ω и последующее вычисление функции
f (ω)
. Когда пространство всех исходов и вероятностная мера Р слишком сложны, розыгрыш проводится последовательно в несколько этапов (см. пример). Случайный выбор на каждом этапе проводится с помощью случайных чисел, например генерируемых каким-либо физическим датчиком; употребительна также их арифметическая имитация - псевдослучайные числа (см.
Случайные и псевдослучайные числа)
. Аналогичные процедуры случайного выбора используются в математической статистике и теории игр.
С. м. широко применяется для решения на ЭВМ интегральных уравнений, например при исследовании больших систем (См.
Большая система)
. Они удобны своей универсальностью, как правило, не требуют большого объёма памяти. Недостаток - большие случайные погрешности, слишком медленно убывающие при увеличении числа экспериментов. Поэтому разработаны приёмы преобразования моделей, позволяющие понижать разброс наблюдаемых величин и объём модельного эксперимента.
Лит.: Метод статистических испытаний (Метод Монте-Карло), М., 1962; Ермаков С. М., Метод Монте-Карло и смежные вопросы, М., 1971.
Н. Н. Ченцов.