آزمایشگاه آزاد؛ بدون نیاز به ورود
با نقطههای تصادفی به عدد پی نزدیک شو
اگه هزار نقطه داخل یک مربع بریزیم، از چندتایی که به یکچهارم دایره میافتن چهطور عدد پی رو تخمین میزنیم؟
آزمایش رو شروع کنتعداد نقطهها رو انتخاب کن و دکمهٔ اجرا رو بزن. هر اجرا نمونهٔ تازهای میسازه. تخمین پی از چهار برابر سهم نقطههای داخل یکچهارم دایره به دست میآد. تصویر حداکثر ۵۰۰ نقطه رو میکشه، ولی شمارش از کل نمونههاست.
آزمایشگاه در حال آماده شدنه…
حالا خودت امتحان کن
هر بار فقط یک چیز رو تغییر بده تا اثرش رو ببینی. قبل از اجرا، نتیجه رو حدس بزن.
نمونهٔ بیشتر، تخمین نزدیکتر؟
تعداد نقطهها رو روی ۱۰۰ بذار و اجرا رو بزن. بعد فقط تعداد رو به ۵۰۰۰ برسون و دوباره اجرا کن؛ تخمین پی و خطای هر دو اجرا رو مقایسه کن.
حدست چیه؟ آیا اجرای دوم حتماً تخمین دقیقتری میده؟
توضیح نتیجه رو ببین
در دو اجرای نمونهٔ این صفحه، با ۱۰۰ نقطه تخمین ۳٫۲۸ و خطا حدود ۰٫۱۳۸۴ بود؛ با ۵۰۰۰ نقطه تخمین ۳٫۱۶ و خطا حدود ۰٫۰۱۸۴ شد. این بار نمونهٔ بزرگتر به پی نزدیکتر بود، اما یک اجرای تصادفی تضمین نمیکنه خطا همیشه کمتر بشه.
از سهمِ داخل به عدد پی
تعداد رو روی ۱۰۰۰ بذار و اجرا رو بزن. تعداد نقطههای داخل دایره رو بر کل نقطهها تقسیم کن، بعد نتیجه رو در ۴ ضرب کن و با تخمین پیِ نمایشدادهشده مقایسه کن.
حدست چیه؟ اگر حدود ۸ نقطه از هر ۱۰ نقطه داخل ناحیه بیفته، تخمین پی تقریباً چه عددی میشه؟
توضیح نتیجه رو ببین
در یک نمونهٔ ثبتشده با ۱۰۰۰ نقطه، ۸۰۳ نقطه داخل ناحیه افتادن؛ چهار برابر نسبتشان ۳٫۲۱۲ بود و با تخمین پیِ همان نمونه برابر شد. در اجرای خودت ممکنه تعداد داخل و تخمین فرق کنن، چون نقطهها تصادفیاند. سهم مورد انتظار برای یکچهارم دایره نزدیک ۰٫۷۸۵ است.
با تعداد برابر، نتیجه یکی میمونه؟
تعداد رو روی ۵۰۰ نگه دار و دو بار پشت سر هم اجرا رو بزن. تعداد نقطههای داخل و تخمین پی رو در دو نتیجه مقایسه کن.
حدست چیه؟ اگر اندازهٔ نمونه ثابت باشه، دو اجرای تازه دقیقاً یک عدد میدن؟
توضیح نتیجه رو ببین
در دو نمونهٔ پیاپی با ۵۰۰ نقطه، یک بار ۴۰۶ نقطه داخل افتادن و تخمین ۳٫۲۴۸ شد؛ بار بعد ۳۹۱ نقطه داخل افتادن و تخمین ۳٫۱۲۸ شد. تعداد کل ثابت بود، ولی جای تصادفی نقطهها عوض شد و نتیجه هم تغییر کرد.
پشت این حرکت چه خبره؟
چرا نسبتِ یکچهارم دایره مهمه؟
p = pi/4; pi_est = 4*n_in/n_total
نقطهها یکنواخت داخل مربعی با ضلع ۱ ساخته میشن. ناحیهٔ داخل مربع، یکچهارمِ دایرهای با شعاع ۱ است؛ مساحت این بخش π÷۴ و مساحت مربع ۱ است. پس سهم نقطههای داخل ناحیه به π÷۴ نزدیک میشه.
روش مونتکارلو با نمونهگیری
در روش مونتکارلو، بهجای شمردن نقطههای بیشمار، یک نمونهٔ تصادفی میگیریم و از نسبت آنها نتیجه میگیریم. با نقطههای بیشتر، نوسان معمولِ تخمین کمتر میشه؛ با این حال هر اجرای جداگانه ممکنه اتفاقاً از اجرای قبلی خطای بیشتری داشته باشه.
خطا یعنی فاصله از مقدار شناختهشده
error = abs(pi_est-pi); error_percent = 100*error/pi
این مدل تخمین رو با مقدار شناختهشدهٔ پی مقایسه میکنه. خطای مطلق فاصلهٔ دو عدد است؛ درصد خطا این فاصله رو نسبت به خود پی میسنجه. بنابراین خطا برای بررسی یک تخمین به کار میآد، نه اینکه هر بار نتیجه رو تضمین کنه.
تصویر همهٔ نقطهها رو نشون نمیده
برای سبک موندن تصویر، حداکثر ۵۰۰ نقطه رسم میشه. اگر تعداد نمونه رو بیشتر کنی، بقیهٔ نقطهها در شکل دیده نمیشن؛ ولی تعداد داخل ناحیه، تخمین پی و خطا از کل نمونه حساب میشن.
سؤالت رو بپرس، جوابش رو هم ببین
وقتی توی چت دربارهٔ یک مفهوم درس میخونی، دستیار هوش مصنوعی میتونه شبیهسازی مرتبط رو کنار توضیحش نشون بده. پارامترها رو تغییر میدی و با کمک توضیح بعدی، نتیجه رو بهتر میفهمی.
شروع یادگیری با چتبرای ادامه در چت، وارد مسیر شروع و ورود میشی. نتیجهٔ این آزمایش به چت منتقل نمیشه.
نمونهٔ نمایشی از آموزش در چت
چرا نسبت نقطههای داخل یکچهارم دایره رو در ۴ ضرب میکنیم؟
چون مساحت مربع واحد ۱ و مساحت یکچهارم دایرهٔ واحد π÷۴ است. اگر نقطهها یکنواخت پخش بشن، سهم داخل ناحیه نزدیک π÷۴ میشه؛ چهار برابر این سهم، تخمینی برای π میده. چون تعداد نقطهها محدوده و نمونه تصادفیه، تخمین دقیقاً برابر پی درنمیآد.
سؤالهای رایج
آیا تخمین همیشه دقیقاً برابر عدد پی میشه؟
نه؛ از یک نمونهٔ محدود، تخمین به دست میآد. جای نقطههای تصادفی روی نتیجه اثر میذاره، برای همین ممکنه تخمین کمی بالاتر یا پایینتر از پی باشه.
چرا شکل فقط یکچهارم دایره رو داخل مربع نشون میده؟
مربع از مختصات صفر تا ۱ در دو جهت ساخته شده و دایرهٔ شعاع ۱ از گوشهٔ مربع شروع میشه؛ بخش داخل مربع همان یکچهارم دایره است. نسبت مساحت این بخش به مربع، π÷۴ است.
چرا تعداد نقطهٔ بیشتر معمولاً کمک میکنه؟
نمونهٔ بزرگتر معمولاً نسبتِ مشاهدهشده رو باثباتتر میکنه، چون اثر چند نقطهٔ خاص کمتر میشه. اما هر اجرای تازه تصادفیه و ممکنه با وجود نقطههای بیشتر، این بار کمی از پی دورتر دربیاد.
چرا با ۵۰۰۰ نقطه فقط بخشی از اونها دیده میشن؟
برای سبک موندن تصویر فقط ۵۰۰ نقطه رسم میشن. عددهای داخل ناحیه و تخمین پی با همهٔ ۵۰۰۰ نقطه حساب میشن، حتی اگر بقیهشون روی شکل دیده نشن.
مدل چطور میدونه خطای تخمین چقدره؟
برای آموزش، تخمین رو با مقدار شناختهشدهٔ پی مقایسه میکنه و فاصلهشون رو بهعنوان خطا نشون میده. این عدد کمک میکنه کیفیت همان نمونه رو بسنجی؛ اجرای بعدی میتونه خطای دیگری داشته باشه.