Estimación del Valor de π

Estimación del valor de π: La siguiente figura sugiere como estimar el valor de π con una simulación. En la figura, un circuito con un área igual a π/4, está inscrito en un cuadrado cuya área es igual a 1. Se elige de forma aleatoria n puntos dentro del cuadrado . La probabilidad de que un punto esté dentro del círculo es igual a la fracción del área del cuadrado que abarca a este, la cual es π/4. Por tanto, se puede estimar el valor de π/4 al contar el número de puntos dentro del círculo, para obtener la estimación de π/4 . De este último resultado se encontrar una aproximación para el valor de π.
Paso 1: Genere n coordenadas x: X1, . . . , Xn. Utilice la distribución uniforme con valor mínimo de 0 y valor máximo de 1. La distribución uniforme genera variables aleatorias que tienen la misma probabilidad de venir de cualquier parte del intervalo (0,1)(0,1).
Paso 2: Genere 1000 coordenadas y : Y1,…,Yn, utilizando nuevamente la distribución uniforme con valor mínimo de 0 y valor máximo de 1.
Paso 3: Cada punto (Xi,Yi) se encuentra dentro del círculo si su distancia desde el centro (0.5,0.5)(0.5,0 es menor a 0.5. Para cada par (Xi,Yi)determine si la distancia desde el centro es menor a 0.5 Esto último se puede realizar al calcular el valor (Xi−0.5)2+(Yi−0.5)2, que es el cuadrado de la distancia, y al determinar si es menor que 0.25
Paso 4: ¿Cuántos de los puntos están dentro del círculo? ¿Cuál es su estimación de π?

Respuesta paso 1

set.seed(1) 
n1=1000
xi <- runif(n1,min = 0, max = 1)
head(xi)
## [1] 0.2655087 0.3721239 0.5728534 0.9082078 0.2016819 0.8983897

Respuesta paso 2

n2=1000
yi <- runif(n1,min = 0, max = 1)
head(yi)
## [1] 0.53080879 0.68486090 0.38328339 0.95498800 0.11835658 0.03910006

Respuesta paso 3

est_pi <-function(n1,n2){
xi <- runif(n1,min = 0, max = 1)
yi <- runif(n2,min = 0, max = 1)
distancia <- numeric()
for (i in 1:length(xi)){distancia[i]=(xi[i]-0.5)^2 + (yi[i]-0.5)^2}
puntos=ifelse(distancia < 0.25, 1, 0)
sum(puntos)
4 * sum(puntos)/length(xi)}

Respuesta paso 4

Simulacion de 1.000 datos aleatorios

puntos_1.000 <- est_pi(1000,1000)
error_abs=puntos_1.000-pi #Error absoluto
a1=cbind(puntos_1.000,error_abs)
a1
##      puntos_1.000  error_abs
## [1,]        2.996 -0.1455927

Simulacion de 10.000 datos aleatorios

puntos_10.000 <- est_pi(10000,10000)
error_abs=puntos_10.000-pi #Error absoluto
a2=cbind(puntos_10.000,error_abs)
a2
##      puntos_10.000   error_abs
## [1,]        3.1488 0.007207346

Simulacion de 100.000 datos aleatorios

puntos_100.000 <- est_pi(100000,100000)
error_abs=puntos_100.000-pi #Error absoluto
a3=cbind(puntos_100.000,error_abs)
a3
##      puntos_100.000    error_abs
## [1,]        3.13892 -0.002672654
El resultado de las 3 simulaciones realizadas es que con solo mil muestras tanto para xi como para yi se muestra un error bastante pequeño y un valor cercano al número pi, mientras que cuando se aumenta la cantidad de variables aleatorias a 10.000 es un número que cada vez se muestra más cercano y ya con 100.000 muestras aleatorias ya que se pasa de un error de -0.002 a -0.007, lo cual es una diferencia notoria a la hora de querer estimas un número tan importante como es pi, pero su valor con las 10.000 muestras es de 13.1488 ya dando indicios de que se está acercado al valor que queremos y con las 100.000 a pesar que sea 13.138 refleja un error menor,estas simulaciones se manejaron con una semilla para poder brindar el análisis.