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Metropolis算法如何工作,它在易辛模型中有何应用?

Moonshot回答

Metropolis算法是一种马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)方法,用于从概率分布中生成样本序列。它由Metropolis等人在1953年提出,最初用于统计力学。算法的工作原理是通过构建一个马尔可夫链,使其平稳分布等于目标分布。算法步骤包括:

  1. 从当前状态μ选择一个邻近状态ν。
  2. 计算接受概率A(μ, ν),如果新状态的能量低于当前状态,则接受概率为1,否则根据能量差计算接受概率。
  3. 生成一个[0,1]之间的随机数r,如果r小于接受概率A(μ, ν),则接受新状态ν,否则保持当前状态μ。
  4. 重复以上步骤,直到生成足够数量的样本。

在易辛模型中,Metropolis算法被用来研究磁系统的相变和临界现象。易辛模型是一个描述磁体中原子磁矩相互作用的模型,其哈密顿量H(σ)通常表示为:

[ H(\sigma) = -\sum_{<i~j>} J_{ij} \sigma_i \sigma_j ]

其中,σ_i和σ_j是相邻原子的磁矩,J_ij是相互作用常数。在模拟过程中,Metropolis算法通过随机改变磁矩的指向来生成一系列状态,从而模拟系统的热力学性质。

根据搜索结果,Metropolis算法在易辛模型中的应用包括使用Metropolis-Hastings算法进行数值模拟,以及与其他算法如Swendsen-Wang和Wolff算法进行比较。Wolff算法被认为是最好的聚类翻转Monte-Carlo算法,而Metropolis和Swendsen-Wang算法理论上也适用于易辛模型的模拟。此外,易辛模型的维基百科页面提供了关于模型的详细信息,包括其定义、性质和应用。

易辛模型图示

这张图展示了易辛模型中原子磁矩的相互作用,其中相邻原子的磁矩要么同向(红色),要么反向(蓝色),Metropolis算法通过随机改变磁矩的指向来模拟系统的热力学性质。

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