Python實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛模擬的示例代碼
今天呢,田辛老師來(lái)給大家繼續(xù)講一個(gè)著名的項(xiàng)目管理工具:蒙特卡洛模擬。 當(dāng)然,田辛老師既然發(fā)到CSDN上面,無(wú)論如何要給出關(guān)于蒙特卡洛模擬的Python實(shí)現(xiàn)啦。 下面就是我們今天的代碼執(zhí)行結(jié)果。

什么是蒙特卡洛模擬
蒙特卡洛模擬是一種基于概率統(tǒng)計(jì)的方法,通過(guò)隨機(jī)模擬來(lái)計(jì)算出某個(gè)事件發(fā)生的概率。在項(xiàng)目管理中,蒙特卡洛模擬主要用于計(jì)算項(xiàng)目工期、成本等關(guān)鍵指標(biāo)的概率分布,幫助項(xiàng)目經(jīng)理更好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和決策。
讓我們來(lái)看上面這張圖, 這張圖是針對(duì)三個(gè)項(xiàng)目活動(dòng):活動(dòng)1、活動(dòng)2、活動(dòng)3進(jìn)行的蒙特卡洛模擬。 模擬的依據(jù)是這三個(gè)活動(dòng)的三點(diǎn)估算結(jié)果。 然后讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行了1,000,000次隨機(jī)預(yù)算, 得出的上面這張圖。
我們拿上邊這張圖的藍(lán)色虛線的交叉舉例,這個(gè)點(diǎn)指的是什么呢? 我們看Y軸,這里的90%指的是完工概率90%。 這個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫軸將近19天的樣子。也就是說(shuō),通過(guò)計(jì)算機(jī)100萬(wàn)次的模擬。在19天以下完成項(xiàng)目的概率是90%。
做過(guò)項(xiàng)目的同學(xué)都知道, 客戶或者領(lǐng)導(dǎo)總是希望我們快些快些再快些。 領(lǐng)導(dǎo)說(shuō),19天沒(méi)有,只有16天。 這時(shí)候,作為項(xiàng)目經(jīng)理通過(guò)上面的圖,發(fā)現(xiàn),X軸16天對(duì)應(yīng)Y軸的值大概在30%左右。 你就問(wèn)領(lǐng)導(dǎo):成功率只有30%喲, 你賭還是不賭~
這不失為一種不錯(cuò)的“科學(xué)算命”的方式。 關(guān)鍵是簡(jiǎn)單,還有概率論給你撐腰。
Python實(shí)現(xiàn)
在Python中如何計(jì)算項(xiàng)目管理的蒙特卡洛模擬呢?其實(shí)很簡(jiǎn)單,我們可以使用Python中的numpy和matplotlib庫(kù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算和繪圖。下面田老師給出完整的代碼:
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
#-----------------------------------------------------------------------------
# --- TDOUYA STUDIOS ---
#-----------------------------------------------------------------------------
#
# @Project : di08-tdd-cdg-python-learning
# @File : monte_carlo.py
# @Author : tianxin.xp@gmail.com
# @Date : 2023/3/12 18:22
#
# 用Python實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛模擬
#
#--------------------------------------------------------------------------"""
from datetime import datetime
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.ticker import FuncFormatter, MultipleLocator
from scipy.stats import norm
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
def to_percent(y, position):
# 將縱軸用百分?jǐn)?shù)表示
return '{:.0f}%'.format(100 * y)
class Activity:
""" 活動(dòng)類,用于表示一個(gè)項(xiàng)目中的活動(dòng)
Attributes:
name (str): 活動(dòng)名稱
optimistic (float): 樂(lè)觀時(shí)間
pessimistic (float): 悲觀時(shí)間
most_likely (float): 最可能時(shí)間
"""
def __init__(self, name, optimistic, pessimistic, most_likely):
"""
初始化活動(dòng)類
Args:
name (str): 活動(dòng)名稱
optimistic (float): 樂(lè)觀時(shí)間
pessimistic (float): 悲觀時(shí)間
most_likely (float): 最可能時(shí)間
"""
self.name = name
self.optimistic = optimistic
self.pessimistic = pessimistic
self.most_likely = most_likely
class PMP:
"""
PMP類用于進(jìn)行項(xiàng)目管理中的相關(guān)計(jì)算:
方法:
monte_carlo_simulation : 蒙特卡洛模擬試算,包括計(jì)算項(xiàng)目工期、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、繪制積累圖和概率密度曲線等功能。
"""
def __init__(self, activities):
"""
初始化PMP類,傳入活動(dòng)列表。
:param activities: 活動(dòng)列表,包括活動(dòng)名稱、樂(lè)觀值、最可能值和悲觀值。
"""
self.activities = activities
def monte_carlo_simulation(self, n):
"""
進(jìn)行蒙特卡洛模擬試算,計(jì)算項(xiàng)目工期、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、繪制積累圖和概率密度曲線等。
:param n: 模擬次數(shù)。
"""
# 模擬參數(shù)和變量
t = []
for activity in self.activities:
t.append(np.random.triangular(activity.optimistic, activity.most_likely, activity.pessimistic, n))
# 計(jì)算項(xiàng)目工期
project_duration = sum(t)
# 計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差
mean_duration = np.mean(project_duration)
std_duration = np.std(project_duration)
# 繪制積累圖
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(2, 1, figsize=(8, 10), gridspec_kw={'height_ratios': [3, 1]})
ax1.hist(project_duration, bins=50, density=True, alpha=0.7, color='blue', cumulative=True)
ax1.yaxis.set_major_locator(MultipleLocator(0.1))
ax1.yaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(to_percent))
ax1.set_ylabel('完成概率')
ax1.set_title('PMP蒙特卡洛模擬試算', fontsize=20)
# 繪制概率密度曲線
xmin, xmax = ax1.get_xlim()
x = np.linspace(xmin, xmax, 100)
p = norm.cdf(x, mean_duration, std_duration)
ax1.plot(x, p, 'k', linewidth=2, drawstyle='steps-post')
# 找到完成概率90%的點(diǎn)
x_90 = norm.ppf(0.9, mean_duration, std_duration)
# 繪制垂線
ax1.axvline(x_90, linestyle='--', color='blue')
ax1.axhline(0.9, linestyle='--', color='blue')
# 隱藏右邊和上方的坐標(biāo)軸線
ax1.spines['right'].set_visible(False)
ax1.spines['top'].set_visible(False)
# 添加表格
col_labels = ['活動(dòng)名稱', '樂(lè)觀值', '最可能值', '悲觀值']
cell_text = [[activity.name, activity.optimistic, activity.most_likely, activity.pessimistic] for activity in
self.activities]
table = ax2.table(cellText=cell_text, colLabels=col_labels, loc='center')
# 設(shè)置表格的字體大小和行高
table.auto_set_font_size(False)
table.set_fontsize(14)
# # 設(shè)置表格的行高為1.5倍原來(lái)的高度
for i in range(len(self.activities) + 1):
table._cells[(i, 0)].set_height(0.2)
table._cells[(i, 1)].set_height(0.2)
table._cells[(i, 2)].set_height(0.2)
table._cells[(i, 3)].set_height(0.2)
ax2.axis('off')
# 調(diào)整子圖之間的間距和邊距
plt.subplots_adjust(hspace=0.3, bottom=0.05)
# 保存圖表
now = datetime.now().strftime('%Y%m%d%H%M%S')
plt.savefig('monte_carlo_simulation_{}.png'.format(now))
# 顯示圖形
plt.show()
if __name__ == '__main__':
# 模擬參數(shù)和變量
n = 1000000 # 模擬次數(shù)
# 活動(dòng)的工期分布
activities = [
Activity('活動(dòng)1', 5, 10, 7),
Activity('活動(dòng)2', 3, 8, 5),
Activity('活動(dòng)3', 2, 6, 4)
]
# 進(jìn)行蒙特卡洛模擬
pmp = PMP(activities)
pmp.monte_carlo_simulation(n)
到此這篇關(guān)于Python實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛模擬的示例代碼的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python蒙特卡洛模擬內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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