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高尔顿板演示布朗运动正态分布

已有 5020 次阅读 2021-12-30 14:48 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

布朗运动可看作是随机游走(Random Walk)的极限过程。在通常情况下,人们就是利用随机游走数学模型对布朗运动进行计算机仿真实验。

早在 1873 年,英国生物统计学家高尔顿(Galton)就专门设计了一个演示随机游走运动规律的实验装置(图1),俗称高尔顿板。

R-C_副本.jpg

图1 高尔顿板

高尔顿板上的每一个圆点表示钉在板上的一颗钉子,它们彼此的距离均相等,上一层的每一颗钉子的水平位置恰好位于下一层两颗钉子的正中间。

从入口处放进一个直径略小于两颗钉子之间距离的小圆玻璃球,当小圆球向下降落过程中,碰到钉子后随机地向左或向右滚下,于是又碰到下一层钉子,如此继续下去,直到滚到底板的一个格子内为止。

从入口处不断放下小球,只要小球的数量足够多,它们在底板将堆积成与正态分布曲线相似的钟形曲线。

2为高尔顿板在线演示软件界面。

图 高尔顿.png

图2 高尔顿板在线演示软件界面

点击图2或下面的链接,设定高尔顿板的钉子层数(随机游走步数)后,即可观看一维随机游走或布朗运动试验过程及结果。

http://www.thestatisticalmind.com/demonstrations/galton.html

 结论:

 1)大量的小球在某一层的空间位置服从正态分布;

 (2)对于单个小球来说,在下降过程中不断向远离原点的方向扩散。




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3 鲍海飞 谢力 杨正瓴

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