基于混合蒙特卡洛/多项式混沌展开方法的多参数随机等离子体不确定性分析

多项式混沌展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法对于分析随机等离子体电磁传播不确定性已经展示出了相当大的潜力。然而,由于构建多项式混沌模型的计算量随着不确定性输入维数的增加呈指数增长,数值模拟耗时长,导致“维数灾难”问题。因此,本文基于非侵入式多项式混沌(non-intrusive polynomial chaos,NIPC)方法,采用混合蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)/PCE方法研究了多层等离子体平板电子密度不确定性对透射系数的影响,并验证了所提出方法的实用性。与MC方法相比,本文方法可以大大加快仿真的速度,有效缓解了多项式展开项的数量随着随机变量维数的增加而快速增加的缺点,同时大大降低了MC方法的仿真次数,有利于电磁模型的多参数不确定性分析。

一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法

配电网的概率可靠性能够弥补传统可靠性指标的期望值仅从均值角度衡量系统可靠性的不足,但随着配电网规模扩大以及数据量的剧增,能够同时兼顾计算准确性与计算速度的概率可靠性计算方法是亟待研究的。为此,提出一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法,利用改进三点估计法以及三阶多项式正态变换,在保留输入变量相关性的同时有效缩减输入样本点规模,并采用级数展开得到概率可靠性。首先采用改进三点估计法,在独立标准正态空间内选取样本点,再通过三阶多项式正态变换将其转换为原始变量空间的样本点;接着采用序贯蒙特卡洛方法,在考虑孤岛划分的情况下对样本点进行可靠性计算;最后通过Edgeworth级数展开,得到可靠性指标的概率分布。对改进的IEEE-RBTS Bus6的F4馈线进行算例分析,结果表明:该文所提方法与传统蒙特卡洛方法的配电网系统可靠性计算结果之间仅存在2.195%的最大偏差,而该文所提方法计算时间仅为传统蒙特卡洛方法的1.05%,证明该文所提方法在保证较高精度的同时可以显著提升计算速度。

基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序研究

合理的仓面排序方案对于加快工程进度和优化资源配置有着重要影响。然而,现有仓面排序方法将这一序贯决策问题简化,多数采用多属性决策方法,存在仅对大坝实时施工状态进行分析以及未考虑未来仓面浇筑方案对当前排序策略影响的问题;部分采用多目标优化方法进行仓面排序多目标优化问题分析,但主要是采用静态权重,存在忽略了仓面排序策略随环境动态变化的不足。针对以上问题,本文提出基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序方法。首先,分析仓面排序问题的约束条件和目标函数,建立仓面排序强化学习模型;其次,针对仓面排序强化学习模型具有复杂且庞大的离散状态空间,为提高搜索效率,提出融合深度学习的蒙特卡洛树搜索方法,分别利用深度神经网络进行先验动作概率分布预测和策略函数评估;最后,以乌东德拱坝工程为例进行研究,结果表明本文方法可以有效地分析拱坝仓面排序问题,且相比于粒子群方法、证据理论方法,本文方法分析的施工工期可分别提前6天、14天,平均机械利用率分别提高1.19%、1.35%。本研究为拱坝仓面排序分析与优化提供了新思路。

典型有机化工厂污染地块氯代烃分布特征及基于蒙特卡洛模拟的风险评估

以长三角某典型有机化工地块为研究对象,采集651个土壤样品和30个地下水样品,研究氯代烃(CAHs)在环境中的污染程度及其空间分布特征,结合蒙特卡洛模拟方法分析土壤和地下水中CAHs的健康风险概率。结果表明:大部分CAHs浓度呈偏正态分布,浓度随着深度增加整体逐渐降低,土壤和地下水中三氯乙烯的污染程度最严重,污染羽主要集中在地块西南部和西北部。三氯乙烯和氯仿是造成健康风险的主要污染物,土壤中三氯乙烯致癌风险大于10^(-6)的概率为87.2%,危害商大于1的概率为71.76%,氯仿危害商大于1的概率为81.28%。每日土壤摄入量对土壤致癌风险的敏感性最大(31.9%),皮肤表面黏性系数对地下水致癌风险和危害商的敏感度最大,分别为16.9和23%。吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物是造成土壤致癌和非致癌风险的主要暴露途径,吸入室内来自地下的气态污染物途径是造成地下水致癌和非致癌风险的主要暴露途径。

基于蒙特卡洛树搜索的数值目标子群发现算法

MonteCloPi算法是一种基于蒙特卡洛树搜索(Monte Carlo tree search,MCTS)的任意时间子群发现算法,旨在使用MCTS策略构建非对称的最佳优先搜索树来发现高质量的多样性模式集,但是限制了目标为二值变量.为此,本文结合了数值目标的特点,通过为置信度上界(upper confidence bound,UCB)公式选取合适的C值、动态调整各个样本的拓展权重并对搜索树进行剪枝、使用自适应top-k均值更新策略,将MonteCloPi算法拓展到了数值目标.最后,在UCI数据集、全国健康与营养调查(national health and nutrition examination survey,NHANES)听力测试数据集上的实验结果表明本文的算法相比其他算法可以发现更高质量的多样性模式集,并且最优子群的可解释性也更好.

基于蒙特卡洛模拟评价和优化碳青酶烯类抗菌药物对铜绿假单胞菌感染的治疗方案

目的探讨结合美罗培南、亚胺培南和比阿培南的药动学/药效学模型,运用蒙特卡洛模拟分别评价3种抗菌药物对于铜绿假单胞菌感染的治疗效果。方法收集2018年1月—2021年12月临床标本分离出的铜绿假单胞菌,测得最低抑菌浓度(MIC)值,并对使用碳青霉烯类抗菌药物治疗患者,运用蒙特卡洛模拟不同治疗方案对铜绿假单胞菌感染5000次达到目标靶值f%T>MIC≥40%的达标概率(PTA)和累积反应分数(CFR)。结果共收集患者71例,其中铜绿假单胞菌对美罗培南的耐药率为26.76%,对于该院MIC值的分布,碳青霉烯类抗菌药物治疗方案CFR均<90%;当MIC≤1 mg/L时,所有给药方案PTA均>90%,当MIC值≥8 mg/L时,所有给药方案PTA均<90%;3种抗菌药物MIC值的敏感相关性范围为-73.52%~-88.78%。结论相对敏感的铜绿假单胞菌感染可选择碳青霉烯类抗菌药物常规剂量治疗,对于耐碳青霉烯类药物的铜绿假单胞菌感染则需增加剂量和给药频次或选择联合用药。临床治疗应重视细菌培养,需根据MIC值制订治疗方案。

基于土体刚度和蒙特卡洛法的基坑开挖对既有市政道路沉降影响分析

随着城市建设工程的持续增加,城市地下空间开发和市政设施建设产生的交叉也越来越多,许多基坑工程会在周边市政道路已经建成的条件下进行施工,基坑施工对既有市政道路产生一定的沉降影响,市政道路产生附加变形和附加应力降低了沥青路面的疲劳寿命.针对宁波市某基坑工程施工对近接市政道路的影响为工程背景,基于Plaxis数值模拟平台采用考虑小刚度的土体硬化本构模型,分析基坑的施工和简化的交通荷载对市政道路的受力变形的影响.在此基础上,采用蒙特卡洛法和数值模拟结果对道路结构层厚度进行随机选取,以沉降量为控制指标计算出疲劳寿命对该市政道路结构层给出了优化结果.

基于蒙特卡洛算法的大规模电动汽车充电负荷预测

电动汽车充电负荷的有效预测对配电网的安全稳定运行有重大意义。以某地区不同类型电动汽车的保有量预测结果为基础,将用户出行习惯、电动汽车的充电功率、充电时长等因素作为模型参数,利用蒙特卡洛模拟算法建立了考虑电动汽车类型的充电负荷预测模型,对该地区电动汽车的充电负荷进行预测。结果表明,未来电动汽车充电负荷增长较快,2025年较2022年充电负荷增长近70%,且不同类型充电负荷有不同的特征。该方法能提升电网负荷预测精确度,为配电网的调度与规划提供技术支撑。

共同富裕视域下遗产税制度设计研究——基于蒙特卡洛模拟的测算

遗产税作为直接税体系的组成部分,可以有效调节社会收入和财富分配,设计合理的遗产税制度方案对推进共同富裕具有重要的理论价值和现实意义。本文基于2019年中国家庭金融调查数据,利用蒙特卡洛模型模拟了10年间的遗产继承,以及不同遗产税方案设计对财富基尼系数的影响。研究结果显示,从长期来看,遗产税可以有效缩小贫富差距,且征税时间越长,效果越明显。在共同富裕目标下,中国遗产税免征额不应低于400万元,采用超额累进税率、提高税率标准和细化税率级次也有助于降低财富基尼系数。同时,遗产税制度设计还要统筹考虑保护实体经济和中等收入群体等问题,充分思索其对促进第三次分配的作用。

多级蒙特卡洛有限元方法求解对数势Cahn-Hilliard-Cook方程误差分析

本文用多级蒙特卡洛有限元方法求解具有对数势的随机Cahn-Hilliard-Cook方程。为了估计方程的温和解,运用Ciarlet-Raviart有限元方法进行空间离散化,对时间则采用向后欧拉格式离散,得到方程的全离散数值格式。同时运用多级蒙特卡洛方法进行数值模拟,相较于标准蒙特卡洛方法,提高了计算效率。文中主要给出了全离散格式的误差估计以及分别应用标准蒙特卡洛方法和多级蒙特卡洛方法进行数值模拟时的总误差估计。

基于蒙特卡洛模拟评价新生儿万古霉素给药方案

目的:基于药代动力学(PK)原理制定新生儿万古霉素的给药方案,并通过回顾性病例研究对方案进行评价。方法:收集我院2019年1月-2022年4月万古霉素的药敏数据及2018年11月-2021年12月新生儿的万古霉素治疗数据。通过已有群体药代动力学(PPK)模型及蒙特卡洛模拟制定万古霉素日剂量推荐表,并参照推荐表比较是否符合推荐剂量组间谷浓度和临床疗效的差异。结果:共收集177例患儿数据,制定万古霉素的推荐日剂量为25~225 mg,与不符合推荐剂量组相比符合推荐剂量组显示出更高的谷浓度(P<0.05)和更高的临床有效率(P<0.05),但两组患儿谷浓度达标率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:不同亚组新生儿万古霉素推荐日剂量差异较大。基于PPK原理制定的给药方案与谷浓度达标率无显著相关,但显示出更高的谷浓度和临床有效率,该方案可为临床治疗决策提供一定的参考。

基于定额法和蒙特卡洛模拟的建设项目赶工费用研究

建设项目施工过程中为了实现工期目标而采取赶工措施的现象普遍存在,合同双方在赶工措施方案编制及审批过程中对赶工费用的确定往往存在争议。本文提出基于定额法和蒙特卡洛模拟的建设项目赶工费用的计算方法,即:通过已知工程量及定额确定赶工施工过程所需的人工工日数和机械台班数,通过蒙特卡洛模拟合理确定施工降效系数,得出赶工所需增加的人工工日、机械台班数及人工、机械数量,在此基础上,利用合同工程量清单已确定的人工单价和机械台班费计算出赶工费用,并以浙江某水库工程为例进行赶工费用测算,希望为建设项目确定赶工费用提供参考。

基于蒙特卡洛模拟的虚拟测试场景生成方法

为了提高用户在虚拟测试场景中的体验感,提高虚拟测试场景的真实度,提出基于蒙特卡洛模拟的虚拟测试场景生成方法。采用Meanshift分割方法分割输入图像,并对分割后的图像块实施融合,标记图像区域,获取对应的深度图,融合上述深度图获得虚拟测试场景的深度图。采用透射率估计方法融合虚拟测试场景的深度图,通过梯度融合方法融合归一化处理低照度图像,将支持向量机学习方法引入场景生成过程中,控制场景生成过程。采用蒙特卡洛模拟方法消除场景中存在的噪声斑点,优化生成的虚拟测试场景。实验结果表明,研究方法的场景生成误差较小,生成的虚拟测试场景具有较高的逼真度和真实感。

基于蒙特卡洛模拟的转子压缩机性能预测研究

在转子压缩机关键零件的加工尺寸精度和压缩机性能的关联基础上,建立物理数学模型,采用蒙特卡洛仿真模拟,生成满足指定尺寸公差条件的一系列随机值,并获得压缩机的性能输出,通过对输出数据的统计和分析,可以认为抽样数量越多,模拟结果的输出越稳定。同时,对不同零件的加工尺寸精度的调整所获得的模拟输出,可以作为设计敏感度的分析依据,用于设计制造优化的参考。

基于蒙特卡洛模拟的防洪设施可靠性分析

针对堤坝结构受到外界水力变量和自身结构退化双重影响的情况,提出了基于蒙特卡洛模拟方法的防洪设施可靠性分析模型。首先,在防洪设施可靠性分析中既考虑了外部环境中的水位随时间的变化,也考虑了防洪设施自身的不透水层结构的退化。其次,在水力变量影响和结构退化的基础上构建了评估设施不同结构可靠性的极限状态方程,运用蒙特卡洛模拟法评估了设施的可靠性。最后,通过案例验证模型的可行性,获得了机制随时间变化的失效概率。

基于蒙特卡洛方法的配电网线路雷击跳闸率计算

雷击是造成配电网线路跳闸的主要因素,现提出基于蒙特卡洛方法来计算雷击跳闸率。通过模拟线路遭受雷击并判断随机变量的值是否满足线路跳闸的条件,对模拟结果进行统计,并通过屏蔽因子进行修正得到雷击跳闸率。同时结合某地区的雷电流幅值概率分布拟合曲线,计算该地区配电网线路的雷击跳闸率,并与IEEE和国标推荐法计算出的雷击跳闸率进行了比较,得出基于蒙特卡洛方法的拟合曲线计算出的雷击跳闸率更接近实际进行统计值,表明所提出的方法相比IEEE和国标推荐法具有较高的准确性。

基于蒙特卡洛法的小型水利工程不可预见费测算

为有效确定不可预见费取费标准,在充分考虑小型水利工程特点的前提下,采用蒙特卡洛法对小型水利工程不可预见费用进行测算,并进行实证研究。结果表明不可预见费取费标准可为小型水利工程部分初始投资的5%。研究结果为小型水利工程不可预见费用测算提供了参考。

武汉杂技团《扬帆追梦·浪船》获蒙特卡洛国际马戏节“银小丑”奖

摩纳哥当地时间2024年1月23日晚,由武汉杂技团创作演出的《扬帆追梦·浪船》在第46届蒙特卡洛国际马戏节上斩获“银小丑”奖项。《扬帆追梦·浪船》打破了传统浪桥的单一表演模式,在道具上加入可自动升降的高台,创造出“高台浪桥飞跃站头”“高台浪桥三节人站肩”“四人连翻”“六人连翻”“单人180°飞跃跨桥”“团身三周自落桥”等系列全新的高难度技巧,使节目的难度系数和观赏性都得到了飞跃式提升。

基于蒙特卡洛算法的定日镜场的优化设计

针对定日镜场的优化设计问题,本文首先建立阴影挡光效率模型,结合蒙特卡洛与光线追踪法求解阴影遮挡效率;根据太阳高度角、太阳方位角求解余弦效率、法向直接辐射照度等,得出光学效率与定日镜场的输出热功率。其次,建立以单位面积定日镜输出热功率最大为目标的非线性目标规划模型。在给定相邻定日镜间距的范围内,求得定日镜场中每一圈层的定日镜数目与相邻定日镜的间距大小;采用Campo布置方法确定定日镜坐标,利用阴影挡光效率模型,当额定年平均输出热功率达到60 MW,求得吸收塔位置坐标(0, 0, 80),定日镜尺寸(宽 × 高)为(6 m × 6 m),安装高度为4 m,定日镜总数为2475面,定日镜场总面积为89,100 m2。利用Campo方法确定定日镜场中的定日镜排列方式,能够在简化定日镜场的条件下更为简单的求解定日镜的具体坐标。最后,保持额定功率不变,设计定日镜尺寸为(7 m × 7 m)、安装高度为4 m来达到更大单位面积输出热功率。

船舶装卸效率对港口系统绩效的影响研究——基于蒙特卡洛(Monte Carlo)的港口排队模型

随着国际贸易的迅猛发展,港口起到越来越举足轻重的作用。港口系统绩效一直是备受关注的话题。而本文从装卸效率对港口系统绩效的影响角度出发,运用蒙特卡洛模拟法建立一个港口系统排队模型,输入随机变量(船舶到达时间间隔和装卸时间),在特定随机变量概率分布下(船舶的到达时间间隔服从参数为1/50的负指数分布,船舶装卸时间服从参数为1/200的负指数分布),输出港口系统绩效指标(船舶停泊在港口平均时间变化率、每艘船卸货前平均等待时间以及设备空闲比率变化率),作为其运行效率的考量,然后修改装卸时间均值,用评价指标的变化表示装卸效率对港口绩效的影响,通过修改过的模型港口装卸效率以及港口系统绩效得到明显提升。