计算π的“土办法”
本文以计算机方法计算π值为例,作为总结计算思维方法的尝试。
在桌面上画一个边长为2的正四边形。 再画这个正四边形的内嵌圆,则圆的半径 r = 1。 那么正四边形的面积 Az = 4,圆的面积Ay= π * r² = π
于是 Ay / Az = π / 4, 或写为 K = π / 4,K 是圆与其外接正四边形的面积之比。那么
π = 4 * K
在桌面的正四边形内厚度均匀地洒满面粉,称量落于圆内的面粉重量,除以正四边形内面粉的总重量,所得比值为k1,于是
π ≈ 4 * k1
同样地,用计算机随机生成足够多的点,比如1000个。点p(x, y), x = [-1,1], y = [-1,1]。 统计落于以(0,0)为圆心,半径为1的圆内部的点的数量,除以点的总数量,所得比值为k2,于是
π ≈ 4 * k2
启发与思考:
同样地,现实生活中,可以用尺子测量圆形物体的周长C和直径d,而 π = C / d。如何用计算机模拟这一过程,计算π的近似值?
(将圆n等分,n尽量大,比如n = 360, 计算半径为1、角度为0º的点和角度为1º的点之间的距离,设为L, 则
C = L * 360
π = C / 2
总结1
借刀杀人:数学上的某些问题,可以用物理方法去解决。如通过称重和测量长度,求得数学上的近似值。
总结2
偷梁换柱:物理方法与计算机方法之间,可以做类比和转换,比如:
物理方法 | 计算机方法 |
---|---|
均匀播撒的面粉称重 | 随机点个数的统计 |
测量圆的周长 | 很多直角短边拟合圆,再对短边的长度求和 |
总结3
无中生有:复杂问题,可以试试找出它和简单的已知问题之间的对应关系,并对这种关系做简化,求得最终结果。比如上例中,增加一个已知的且简单的正四边形的面积计算,找到四边形面积和圆面积之间的比例关系,求得π的近似值。