参考文档:

UDF

$$ \Large P(x) = \phi (x) = \frac{1}{\sqrt{2 \pi} \cdot \sigma} e^{ - \frac{(x - \mu) ^ 2}{2 \sigma ^ 2}} $$

计算$\pi$

直接抽样(逆采样,Inverse Sampling)

\begin{equation}\begin{aligned} f(x) &= \theta \cdot e^{- \theta x} \\ F(x) &= 1 - e^{- \theta x} \end{aligned}\end{equation}

接受-拒绝抽样

$ \large p_1(x) = 0.3 e^{-(x-0.3)^2} + 0.7 e^{-(x-2)^2/0.3} $
$ \large p_2(x) = \frac{p_1(x)}{Z_p} ,Z_p为归一化常数,未知(实际约为1.2113)$
目标:对$p_2(x)$进行接受-拒绝采样
步骤:
1.定义建议分布
$q(z) = Gassian(1.4,1.2)$
2.定义k
k=2.5

接受-拒绝采样:

重要性抽样

$f(x) \sim \mathbf{N}(0,1)$ ,求$P(X > 8)$的概率。
定义$g(x) \sim \mathbf{N}(8,1)$,对原目标进行如下转换:
$$ \begin{equation} \begin{aligned} P(X > 8) &= \mathbf{E}_f[\mathbb{I}_{x > 8}] \\ &= \int _R \mathbb{I}_{x > 8} f(x) dx \\ &= \int _R \mathbb{I}_{x > 8} \frac{f(x)}{g(x)} g(x) dx \\ &= \Large \int _R \mathbb{I}_{x > 8} \frac{\frac{1}{\sqrt{2 \pi} } \mathbf{e}^{\frac{- x^2}{2}}}{\frac{1}{\sqrt{2 \pi} } \mathbf{e}^{\frac{- (x-8)^2}{2}}} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} } \mathbf{e}^{\frac{- (x-8)^2}{2}} dx \\ &= \Large \int _R \mathbb{I}_{x > 8} \mathbf{e} ^{32-8x} \frac{1}{\sqrt{2 \pi} } \mathbf{e}^{\frac{- (x-8)^2}{2}} dx \end{aligned} \end{equation} $$
定义$w(x) = \mathbb{I}_{x > 8} \mathbf{e} ^{32-8x} $。此时,可以将原问题转为函数$w(x)$关于概率分布$g(x)$期望的问题。接下来,可以从$g(x)$中进行采样,得到样本序列$x_1,x_2,\cdots,x_N$,将采样点带入$w(x)$,可以得到对概率的估计值:
$$ \large P(X > 8) \approx \frac{1}{N} \sum_{i=1} ^N \mathbb{I}_{x_i > 8} \mathbf{e} ^{32-8x_i} $$

结论:重要性采样结果和CDF接近,而直接采样效果很差。