The Monte Carlo method is a numerical technique to model the probability of all possible outcomes in a process that cannot easily be predicted due to the interference of random variables. It is a technique used to understand the impact of risk, uncertainty, and ambiguity in forecasting models. However, this technique is complicated by the amount of computer time required to achieve sufficient precision in the simulations and evaluate their accuracy. This book discusses the general principles of the Monte Carlo method with an emphasis on techniques to decrease simulation time and increase accuracy.

Ionizing radiation can be found everywhere; in the Earth, inside buildings, in space, in the food we eat, and even inside our bodies. It is of much importance to know more about radiation and how it can improve human life, including how to make use of it and how to avoid its harm. This book covers several topics on ionizing radiation to enrich our knowledge about its applications and effects.

This book provides a self-contained and up-to-date treatment of the Monte Carlo method and develops a common framework under which various Monte Carlo techniques can be "standardized" and compared. Given the interdisciplinary nature of the topics and a moderate prerequisite for the reader, this book should be of interest to a broad audience of quantitative researchers such as computational biologists, computer scientists, econometricians, engineers, probabilists, and statisticians. It can also be used as a textbook for a graduate-level course on Monte Carlo methods.

Fully updated with the latest developments in the eigenvalue Monte Carlo calculations and automatic variance reduction techniques and containing an entirely new chapter on fission matrix and alternative hybrid techniques. This second edition explores the uses of the Monte Carlo method for real-world applications, explaining its concepts and limitations. Featuring illustrative examples, mathematical derivations, computer algorithms, and homework problems, it is an ideal textbook and practical guide for nuclear engineers and scientists looking into the applications of the Monte Carlo method, in addition to students in physics and engineering, and those engaged in the advancement of the Monte Carlo methods. Describes general and particle-transport-specific automated variance reduction techniques Presents Monte Carlo particle transport eigenvalue issues and methodologies to address these issues Presents detailed derivation of existing and advanced formulations and algorithms with real-world examples from the author’s research activities

This book covers the main tools used in statistical simulation from a programmer’s point of view, explaining the R implementation of each simulation technique and providing the output for better understanding and comparison.

Making decisions and predictions from noisy observations are two important and challenging problems in many areas of society. Some examples of applications are recommendation systems for online shopping and streaming services, connecting genes with certain diseases and modelling climate change. In this thesis, we make use of Bayesian statistics to construct probabilistic models given prior information and historical data, which can be used for decision support and predictions. The main obstacle with this approach is that it often results in mathematical problems lacking analytical solutions. To cope with this, we make use of statistical simulation algorithms known as Monte Carlo methods to approximate the intractable solution. These methods enjoy well-understood statistical properties but are often computational prohibitive to employ. The main contribution of this thesis is the exploration of different strategies for accelerating inference methods based on sequential Monte Carlo (SMC) and Markov chain Monte Carlo (MCMC). That is, strategies for reducing the computational effort while keeping or improving the accuracy. A major part of the thesis is devoted to proposing such strategies for the MCMC method known as the particle Metropolis-Hastings (PMH) algorithm. We investigate two strategies: (i) introducing estimates of the gradient and Hessian of the target to better tailor the algorithm to the problem and (ii) introducing a positive correlation between the point-wise estimates of the target. Furthermore, we propose an algorithm based on the combination of SMC and Gaussian process optimisation, which can provide reasonable estimates of the posterior but with a significant decrease in computational effort compared with PMH. Moreover, we explore the use of sparseness priors for approximate inference in over-parametrised mixed effects models and autoregressive processes. This can potentially be a practical strategy for inference in the big data era. Finally, we propose a general method for increasing the accuracy of the parameter estimates in non-linear state space models by applying a designed input signal. Borde Riksbanken höja eller sänka reporäntan vid sitt nästa möte för att nå inflationsmålet? Vilka gener är förknippade med en viss sjukdom? Hur kan Netflix och Spotify veta vilka filmer och vilken musik som jag vill lyssna på härnäst? Dessa tre problem är exempel på frågor där statistiska modeller kan vara användbara för att ge hjälp och underlag för beslut. Statistiska modeller kombinerar teoretisk kunskap om exempelvis det svenska ekonomiska systemet med historisk data för att ge prognoser av framtida skeenden. Dessa prognoser kan sedan användas för att utvärdera exempelvis vad som skulle hända med inflationen i Sverige om arbetslösheten sjunker eller hur värdet på mitt pensionssparande förändras när Stockholmsbörsen rasar. Tillämpningar som dessa och många andra gör statistiska modeller viktiga för många delar av samhället. Ett sätt att ta fram statistiska modeller bygger på att kontinuerligt uppdatera en modell allteftersom mer information samlas in. Detta angreppssätt kallas för Bayesiansk statistik och är särskilt användbart när man sedan tidigare har bra insikter i modellen eller tillgång till endast lite historisk data för att bygga modellen. En nackdel med Bayesiansk statistik är att de beräkningar som krävs för att uppdatera modellen med den nya informationen ofta är mycket komplicerade. I sådana situationer kan man istället simulera utfallet från miljontals varianter av modellen och sedan jämföra dessa mot de historiska observationerna som finns till hands. Man kan sedan medelvärdesbilda över de varianter som gav bäst resultat för att på så sätt ta fram en slutlig modell. Det kan därför ibland ta dagar eller veckor för att ta fram en modell. Problemet blir särskilt stort när man använder mer avancerade modeller som skulle kunna ge bättre prognoser men som tar för lång tid för att bygga. I denna avhandling använder vi ett antal olika strategier för att underlätta eller förbättra dessa simuleringar. Vi föreslår exempelvis att ta hänsyn till fler insikter om systemet och därmed minska antalet varianter av modellen som behöver undersökas. Vi kan således redan utesluta vissa modeller eftersom vi har en bra uppfattning om ungefär hur en bra modell ska se ut. Vi kan också förändra simuleringen så att den enklare rör sig mellan olika typer av modeller. På detta sätt utforskas rymden av alla möjliga modeller på ett mer effektivt sätt. Vi föreslår ett antal olika kombinationer och förändringar av befintliga metoder för att snabba upp anpassningen av modellen till observationerna. Vi visar att beräkningstiden i vissa fall kan minska ifrån några dagar till någon timme. Förhoppningsvis kommer detta i framtiden leda till att man i praktiken kan använda mer avancerade modeller som i sin tur resulterar i bättre prognoser och beslut.