AI助手更新:新增Perplexity的Deep Research深度研究模型。
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stockai.tradeGoogle、OpenAI和Perplexity都把自己的深度研究模型叫做Deep Research,目前只有Perplexity开放了API,所以AI助手用了它家的,定价也和Perplexity官方定价完全一致。
Deep Research模型对于需要深入研究的问题非常有用,比如写开题报告、调研报告、股票分析等等。与DeepSeek推理模型相比,Deep Research的搜索和分析非常详尽,而且每一条引用都是真实的,不存在幻觉问题。
今天是Pi Day,我问Deep Research圆周率怎么计算,下面是它给出的回答👇
RESEARCH:
<think>
嗯,用户问的是“圆周率如何计算”,我需要根据提供的搜索结果来整理答案。首先,我得看看这些搜索结果里提到的方法有哪些。
看了搜索结果,发现提到了几何方法、蒙特卡罗方法、莱布尼茨级数、马青公式,还有现代的高效算法如楚德诺夫斯基算法。还有刘徽和祖冲之的贡献,特别是祖冲之用缀术计算到小数点后七位,这在古代是非常厉害的。
搜索结果的第一个来源是百度百科,但内容可能不全。维基百科和Wikiwand提供了圆周率的基本定义和计算方法。CSDN博客里有具体的代码示例,用公式法和蒙特卡洛方法计算,这可以作为编程实现的例子。维基百科还提到用伽玛函数计算的方法,不过可能比较复杂。另外,KevinGao的博客里提到了面积积分和蒙特卡洛方法的改进,还有马青公式的应用。YouTube视频里提到阿基米德和刘徽、祖冲之使用几何方法,这部分历史背景也很重要。
我需要分类这些方法,按历史发展或方法类型来组织。可能分为古代几何方法、无穷级数、数值积分、蒙特卡洛方法和现代高效算法。另外,代码示例需要整合进去,但要注意不要直接复制,而是解释方法后附上代码片段。需要注意引用正确的来源,比如祖冲之的贡献在多个来源里都有提到,需要注明来源[1][3][6]。
还要注意用户可能需要具体的计算步骤和原理,比如蒙特卡洛方法的基本思想是概率统计,而公式法如莱布尼茨级数的收敛速度较慢,马青公式收敛更快。应该比较这些方法的优缺点,比如几何方法需要大量计算,而现代算法可以在更短时间内得到高精度结果。
最后要确保覆盖所有主要方法,并正确引用每个部分的信息来源。可能需要分成几个部分,每个方法一个小标题,加上代码示例和数学公式。注意用LaTeX格式数学表达式,比如π的莱布尼茨公式写成\( \pi = 4 \times (1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \cdots) \)并在适当的位置引用来源[2][4][6]。
需要检查是否有遗漏的方法,比如伽玛函数的方法是否足够重要,或者是否应该归入其他类别。另外,提到的代码是否有效,是否要解释其原理,比如蒙特卡洛方法的撒点过程,面积与概率的关系。
总之,结构应该是:概述圆周率,然后分方法介绍,每个方法包括历史背景、原理、例子和引用来源,最后总结各种方法的优缺点和应用场景。确保每个部分都有正确的引用,比如祖冲之的工作在来源[1][3][6],蒙特卡洛方法在[2][5],现代算法在[4]等。
</think>
圆周率的计算方法经历了数千年的发展,从古代的几何逼近到现代的计算机算法,主要可分为以下几种类型:
## 几何方法
**阿基米德多边形逼近法**(公元前250年)通过计算圆内接和外切正多边形的周长来逼近圆周率。使用正96边形时得出3.14185的近似值[6]。中国古代数学家**刘徽**(263年)采用割圆术计算到3.14159[3][6],**祖冲之**(480年)将其精度提升至小数点后7位(3.1415926),保持世界纪录近千年[1][3][6]。
## 无穷级数法
利用数学分析中的级数展开式:
- **莱布尼茨公式**:\( \pi = 4 \times \left(1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \cdots\right) \) [4],但收敛速度慢(需50万项得5位精度)[4]
- **马青公式**(1706年):\( \pi = 16 \arctan{\frac{1}{5}} - 4 \arctan{\frac{1}{239}} \) 结合泰勒展开,大幅提升计算效率[4]
```python
# 贝利-波尔温-普劳夫公式实现
pi = 0
N = 100
for k in range(N):
pi += 1/pow(16,k)*(4/(8*k+1)-2/(8*k+4)-1/(8*k+5)-1/(8*k+6))
print(f"π ≈ {pi}") # 当N=100时精度达15位[2]
```
## 蒙特卡洛法
通过概率统计模拟:
1. 在单位正方形内随机撒点
2. 统计落在内切圆内的点比例
3. 计算 \( \pi \approx 4 \times \text{圆内点数/总点数} \)
```python
from random import random
DARTS = 10**6
hits = 0
for _ in range(DARTS):
x, y = random(), random()
if x**2 + y**2 <= 1:
hits += 1
print(f"π ≈ {4*hits/DARTS}") # 百万次投点可得3位有效数字[2][5]
```
## 现代高效算法
- **楚德诺夫斯基算法**(1987年):每项计算可得约14位精度,当前世界纪录计算到\( 10^{13} \)位[4]
- **高斯-勒让德算法**:迭代公式每步精度翻倍
- **伽玛函数法**:利用欧拉反射公式 \( \Gamma(1/2) = \sqrt{\pi} \) [1][3]
## 工程优化
- **分布式计算**:如1998年PiHex项目使用1000台电脑计算\( 10^{15} \)位[3]
- **并行优化**:通过GPU加速蒙特卡洛模拟
- **内存管理**:采用分段计算处理超高位运算
不同方法的效率对比:
| 方法类型 | 计算复杂度 | 10位精度所需操作 | 适用场景 |
|----------------|------------|------------------|-------------------|
| 几何逼近 | O(n²) | 约10^4多边形边数 | 历史研究 |
| 莱布尼茨级数 | O(n) | 50万项 | 教学演示 |
| 马青类公式 | O(n log n) | 20项 | 中等精度计算 |
| 楚德诺夫斯基算法| O(1) | 1项得14位 | 破纪录级高精度计算|
现代计算机科学常结合数学优化与硬件加速,如2020年雅虎使用Apache Hadoop集群计算到\( 2 \times 10^{15} \)位[3],当前最高纪录已突破100万亿位。这些方法不仅推动数学发展,也在密码学、流体力学等领域产生重要应用。
# **引用:**
[1]
www.wikiwand.com[2]
blog.csdn.net[3]
zh.wikipedia.org[4]
houbb.github.io[5]
www.kevinbean.top[6]
www.youtube.com#buildinpublic
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