蒙卡习题答案
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1.理解蒙特卡罗方法的名称由来、建立基础等。
答:(1)名称由来:法国数学家蒲丰提出用投针实验的方法求圆周率,这是蒙卡方法的起源。
(2)建立基础:以概率统计理论为基础。
2.简述蒙的卡罗的基本思想?
答: 基本思想:把随机事件(变量)的概率特征与数学分析的解联系起来。
3.简述蒙的卡罗的优点?
答:(1)能够比较逼真地描述具有随机性质的事物的特点及物理实验过程;
(2)受几何条件限制小;(3)收敛速度与问题的维数无关;
(4)具有同时计算多个方案与多个未知量的能力;(5)误差容易确定;
(6)程序结构简单,易于实现。
4.简述蒙的卡罗的缺点?
答:(1)收敛速度慢;(2)误差具有概率性;
(3)在粒子输运问题中,计算结果与系统大小有关。
5.简述求解定积分可能的方法?
答:(1)求解析式获得准确数值解;(2)积分的数值方法求近似数值解,
(3)蒙特卡罗近似求解。
6.蒙的卡罗方法主要应用领域?
答: 蒙特卡罗方法所特有的优点使得应用范围广,主要应用范围包括:粒子输运问题,统计物理,典型数学问题,真空技术,激光技术以及医学,生物,探矿等方面。
7.蒙特卡罗方法在粒子输运问题中的应用主要包括?
答: 实验核物理、反应堆物理、高能物理等。
8.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用主要包括?
答: 通量及反应率、中子探测效率、光子探测效率、光子能量沉积及响应函数、气体正比计数管反冲质子谱、多次散射和通量衰减修正等。
蒙特卡罗方法原理-18
1.随机数概念、特点及产生方法。
答:(1)随机数概念:在连续型随机变量的分布中,最简单且最基本的分布是单位均匀分布。由该分布抽取的简单子样称随机数序列,其中每一“个体”称为随机数。
(2)特点:独立性、均匀性 。
(3)产生方法:随机数表方法及物理方法。 2.随机数的产生方法有哪几种?
答: 随机数表方法及物理方法。
3.用数学方法产生的随机数,存在哪两个问题?
答: 随机数表方法占用计算机内存大,而且也难以满足蒙特卡罗方法对随机数需求量大的要求,因此,该方法不适于在计算机上使用。
4.用来作为随机数发生器的物理源主要有哪几种?
答:(1)根据放射性物质的放射性;(2)利用计算机的固有噪声。
5.利用物理方法在计算机上产生随机数有哪些不足?
答:(1)用物理方法产生的随机数序列无法重复实现,不能进行程序复算,给验证结果带来很大困难。
(2)需要增加随机数发生器和电路等附加设备,费用昂贵。因此,该方法也不适合在计算机上使用。
6.采用随机数表产生随机数的方法。教材 p15 举例。
答: 某随机数表的第一行数字为: 7 6 3 4 2 5 8 9 1 0…,要想得到三位有效数字的随机数依次为0.763,0.425,0.891。
7.例举,至少三种产生伪随机数的方法。
答: 乘同余方法、乘加同余方法、取中方法、加同余方法等。
8.伪随机数的周期、伪随机数的最大容量。
答:(1)发生周期性循环现象的伪随机数的个数称为伪随机数的周期。
(2)从伪随机数序列的初始值开始,到出现循环为止,所产生的伪随机数的个数称为伪随机数的最大容量。
9.判断伪随机数序列是否满足均匀和相互独立的要求,怎样实现?
答: 通过统计检验的方法实现。
10.对于伪随机数的统计检验,一般包括哪两大类?
答: 包括均匀性检验和独立性检验。
11.产生伪随机数的优点?
答:(1)用数学方法产生的伪随机数容易在计算机上得到;
(2)可以进行复算;
(3)不受计算机机型的限制。
12.掌握在连续型随机变量的分布中,最简单且最基本的分布。
对于连续型分布,如果分布函数)(xF的反函数)(1xF存在,则直接抽样方法是:
例:在[a,b]上均匀分布的分布函数为:
13.源粒子的位置常见分布的随机抽样,列举几种相对规则的几种分布?
答: 二项式分布、泊松分布、指数分布
14.源分布抽样的目的?具体包括哪些内容?
答:(1)目的:产生粒子初始状态),,(0000ErS
(2)包括: ①源粒子的位置;②源粒子的能量;
③源粒子运动方向;④次级粒子的源分布。
15.在计算机上使用蒙特卡罗方法解粒子输运问题包括哪几个过程?
答: 包括三大过程:源分布抽样过程;空间、能量和运动方向的随机游动过程及记录分析结果过程。
16.直接抽样法对哪些连续性分布函数是不合适的?
答:(1)圆环内均匀分布;(2)球内均匀分布;(3)球壳内均匀分布;
(4)圆柱内均匀分布;(5)点源分布;(6)球外平行束源分布等。
17.蒙特卡罗方法解粒子输运问题的程序,一般都可分为哪几部分?
答:(1)源抽样,空间输运过程,碰撞过程,记录过程和结果的处理与输出等部分;(2)公共的程序;(3)产生随机数的程序;(4)主控程序。
18.由分布密度函数)(xf,如何得到累计分布函数 )(xF, 函数关系。实验一,连续型函数的直接抽样方法。掌握 3-4 个例题。
答: 右式为由分布密度函数得到累积分布函数, ttfxFxd)()(
例题:(1)β分布为连续型分布,作为它的一个特例是:
其分布函数为:
则:直接抽样方法为
(2)指数分布为连续型分布,其一般形式如下: )(1FXFbxbxaabaxaxxF当当当10)(10,2)(xxxf20()()d2d,01xxFxfttttxxln1aXF
其分布函数为:
则:直接抽样方法为
(3)在[a,b]上均匀分布的分布函数为:
则:直接抽样方法为
蒙特卡罗方法应用-14
1.蒙特卡罗方法解粒子输运问题的粒子历史终止条件?
答:(1)粒子经碰撞被吸收;(2)经俄国轮盘赌后,历史被终止;(3)粒子能量低于给定能量(阈能);(4)粒子位置越过某一界面;(5)粒子飞行时间超过给定时间;(6)粒子权重小于某个小量。
2.建立与发展蒙特卡罗方法应用软件的好处?
答:(1)减少重复工作;(2)有利于对侧重点的研究。
3.发展蒙特卡罗方法与发展其应用软件两者之间的关系?
答: 相辅相成、同等重要。
4.蒙特卡罗方法应用软件应该具备的特点?
答:(1)具有灵活的几何处理能力;(2)参数通用化,使用方便;(3)元素和介质材料数据齐全;(4)能量范围广,功能强,输出量灵活全面;
(5)含有简单可靠又能普遍适用的抽样技巧;(6)具有较强的绘图功能。
5.举例,用于粒子输运的蒙特卡罗方法应用软件。
答: MORSE、EGS、MCNP、GEANT4、FLUKA。
6.解释, Matlab 中用于产生随机数的 rand(m, n)、unifrnd(a, b,
m, n)函数的含义。
答: Y = rand(m,n) 或 Y = rand([m n]) ,表示产生一个m x n的随机矩阵。R=unifrnd(a,b,m,n):生成[a,b]区间上的连续型均匀分布m行n列随机数矩阵。
7.列举 MCNP 发展的最近几个版本?
答: MCNP4B、MCNP4C、MCNP5、MCNP6等等。
8.MCNP 输入文件主要有哪几个部分组成? ()e,0axfxax0()()ded1e,0xxataxFxfttatx)1ln(1aXFbxbxaabaxaxxF当当当10)()(abaXF答: 标题卡、栅元卡、曲面卡、数据卡。
9.MCNP 输入文件常用物理量的单位?
答:各物理量见下表:
10.一般用户使用 MCNP 软件解某具体问题的通常步骤?
答:步骤:(1)准备MCNP软件(复制、安装软件);(2) 建模、编写输入文件;
(3)运行、计算;(4)分析结果。
11.输入文件编写,至少理解 3 个实例。
答: 输入文件编写:
文本文件,采用文本编辑器,不要采用word等字处理软件。文件名,如:lr.inp
inp文件的组成主要有三块,即三个部分:
最上一块——栅元卡
中间一块——曲面卡
最下一块——数据卡
且相邻的两块之间必须空一行。(实例见课件)
12.采用 MCNP4C、 MCNP5 单机版,运行命令?
答:运行命令为:在运行界面输入MCNP i=LB0.inp o=LB0.inpo 然后按回车键即可。
13.熟练掌握 MCNP 应用实例 3-4 个,实验二。
答:实例见下
实验1.
#晶体无屏模拟单能
1 1 -5.08 -1 -5 6 IMP:P=1 IMP:E=1 $ 某闪烁晶体,栅元号1,材料号1,该材料质量密度5.08g/cm3
2 2 -0.001293 (-2 -5 7) #1 IMP:P=1 IMP:E=1 $空气
3 3 -2.70 (-3 -4 8) #1 #2 IMP:P=1 IMP:E=1 $铝
4 4 -0.001293 -9 #1 #2 #3 IMP:P=1 IMP:E=1 $空气 5 0 9 IMP:P=0 IMP:E=0 $真空
1 CZ 1.27 $曲面1定义,单位是cm
2 CZ 1.47 $曲面2平行于Z轴,铝壳内径
3 CZ 1.52 $曲面3,铝壳外径
4 PZ 2.66 $曲面4垂直于Z轴,铝壳外径
5 PZ 2.61
6 PZ 0.07
7 PZ 0.05
8 PZ 0
9 SO 150
MODE P E $源定义
SDEF ERG=0.662 POS=0 0 -1 PAR=2
M1 57139 -0.3484 35000 -0.6016 58140 -0.05 $材料定义卡
M2 8016 -0.24377 7014 -0.75623 $空气包括氧和氮,
M3 13027 1
M4 8016 -0.24377 7014 -0.75623 $空气包括氧和氮
F8:P 1 $记数卡
E8 0 1022I 2.784 $记数能量卡
FT8 GEB 0 0.0252 $按照FWHM= 0.662*3.1%
NPS 100000
PRINT $打印输出结果
实验2.
C HPGe探测器模拟
1 1 -5.35 (-3 4 -13):(-13 14 -4 5) $HPGe
2 2 -8.96 -4 5 -14 $冷指Cu
3 3 -0.534 (-12 13 -3 5):(-12 -2 3) $外死层Li
4 4 -2.70 (-11 12 -2 5):(-11 -1 2) $Al壳
5 5 -1.293E-3 -6 1 -11 $放置源的区域