MCP HubMCP Hub
Retour aux compétences

simulate-stochastic-process

pjt222
Mis à jour Yesterday
2 vues
17
2
17
Voir sur GitHub
Autreai

À propos

Cette compétence simule des processus stochastiques tels que les chaînes de Markov, les EDS et les échantillonneurs MCMC, fournissant des trajectoires d'échantillonnage pour l'estimation et la prédiction. Elle inclut des fonctionnalités clés comme des diagnostics de convergence, la réduction de variance et des outils de visualisation. Utilisez-la lorsque les solutions analytiques sont inaccessibles, que vous avez besoin de méthodes de Monte Carlo avec garanties de convergence, ou que vous devez échantillonner des distributions a posteriori complexes.

Installation rapide

Claude Code

Recommandé
Principal
npx skills add pjt222/agent-almanac -a claude-code
Commande PluginAlternatif
/plugin add https://github.com/pjt222/agent-almanac
Git CloneAlternatif
git clone https://github.com/pjt222/agent-almanac.git ~/.claude/skills/simulate-stochastic-process

Copiez et collez cette commande dans Claude Code pour installer cette compétence

Documentation

Simulate Stochastic Process

Sample paths from stochastic processes — discrete Markov, continuous-time, SDEs, MCMC samplers — w/ convergence diagnostics, variance reduction, trajectory viz.

Use When

  • Generate sample paths for est/predict/viz
  • Analytical intractable, sim only feasible
  • MC est needing convergence guarantees + uncertainty quant
  • Validate analytical (stationary, hitting times) vs empirical
  • Sample complex posterior via MCMC
  • Prototype stochastic model before full analytical

In

Required

InputTypeDescription
process_typestring"dtmc", "ctmc", "random_walk", "brownian_motion", "sde", "mcmc"
parametersdictProcess-specific (transition matrix, drift/diffusion, target density)
n_pathsintegerIndependent paths to sim
n_stepsintegerTime steps per path (or total MCMC iters)

Optional

InputTypeDefaultDescription
initial_statescalar/vectorprocess-specificStart state
dtfloat0.01Time step → continuous discretization
seedintegerrandomReproducibility
burn_inintegern_steps / 10Initial discard (MCMC)
thinninginteger1Keep every k-th → reduce autocorr
variance_reductionstring"none""none", "antithetic", "stratified", "control_variate"
target_functioncallablenoneEval along paths → MC est

Do

Step 1: Define Process + Params

1.1. ID process type + gather params:

  • DTMC: Transition matrix P + state space. Validate row-stochastic.
  • CTMC: Rate matrix Q. Rows sum 0, off-diag non-neg.
  • Random walk: Step distrib (e.g. {-1, +1} equal prob), boundaries.
  • Brownian: Drift mu, vol sigma, dim d.
  • SDE (Ito): Drift a(x,t), diffusion b(x,t).
  • MCMC: Target log-density, proposal (RW Metropolis, HMC, Gibbs).

1.2. Validate consistency:

  • Matrix dims match state space size
  • SDE coefs satisfy growth + Lipschitz (informal min) for solver
  • MCMC proposal well-defined for target support

1.3. Set seed → reproducibility.

Got: Fully spec'd model w/ validated params + reproducible RNG state.

If err: Inconsistent params (e.g. non-stochastic matrix) → correct first. Pathological SDE coefs → diff discretization scheme.

Step 2: Select Sim Method

2.1. Choose algo per type:

ProcessMethodKey Property
DTMCDirect sampling from transition rowExact
CTMCGillespie algorithm (SSA)Exact, event-driven
CTMC (approx.)Tau-leapingApproximate, faster for high rates
Random walkDirect sampling of incrementsExact
Brownian motionCumulative sum of Gaussian incrementsExact for fixed dt
SDE (general)Euler-MaruyamaOrder 0.5 strong, order 1.0 weak
SDE (higher order)MilsteinOrder 1.0 strong (scalar noise)
SDE (stiff)Implicit Euler-MaruyamaStable for stiff drift
MCMC (general)Metropolis-HastingsAsymptotically exact
MCMC (gradient)Hamiltonian Monte Carlo (HMC)Better mixing for high dimensions
MCMC (conditional)Gibbs samplerExact conditionals when available

2.2. SDE → dt small enough for stability. Heuristic: start dt = 0.01, halve until results stabilize.

2.3. MCMC → tune proposal scale → acceptance ~:

  • 23.4% → high-dim RW Metropolis
  • 57.4% → 1D targets
  • 65-90% → HMC (depends on trajectory length)

2.4. Variance reduction config:

  • Antithetic: Each path w/ Z → also sim w/ -Z
  • Stratified: Partition prob space, sample within strata
  • Control variates: Correlated quantity w/ known E → reduces var

Got: Algo matched to type w/ tuning params.

If err: Unstable (Euler-Maruyama diverging) → implicit method | reduce dt.

Step 3: Implement + Run

3.1. Allocate storage n_paths × n_steps (or dynamic for event-driven Gillespie).

3.2. Per path i = 1, ..., n_paths:

DTMC / Random Walk:

  • x[0] = initial_state
  • For t = 1..n_steps: sample x[t] from transition given x[t-1]

CTMC (Gillespie):

  • x[0] = initial_state, time = 0
  • While time < T_max:
    • Total rate lambda = -Q[x, x]
    • Holding time tau ~ Exp(lambda)
    • Next state from probs Q[x, j] / lambda for j != x
    • time += tau, record

SDE (Euler-Maruyama):

  • x[0] = initial_state
  • For t = 1..n_steps:
    • dW = sqrt(dt) * N(0, I) (Wiener)
    • x[t] = x[t-1] + a(x[t-1], t*dt) * dt + b(x[t-1], t*dt) * dW

MCMC (Metropolis-Hastings):

  • x[0] = initial_state
  • For t = 1..n_steps:
    • Propose x' ~ q(x' | x[t-1])
    • alpha = min(1, p(x') * q(x[t-1]|x') / (p(x[t-1]) * q(x'|x[t-1])))
    • Accept w/ prob alpha: x[t] = x' if accepted, else x[t-1]
    • Record decision

3.3. target_function provided → eval at each state, store.

3.4. Apply thinning: keep every thinning-th.

3.5. Discard burn_in from start (MCMC).

Got: n_paths complete trajectories in mem, optional fn evals. MCMC acceptance in target range.

If err: NaN/Inf → reduce dt (SDE) | check params. MCMC accept ~0% | ~100% → adjust proposal scale.

Step 4: Convergence Diagnostics

4.1. Trace plots: per-component over time, subset paths. Visual check stationarity (no trends, stable var).

4.2. Gelman-Rubin (R-hat) for multi-chain MCMC:

  • Within-chain W, between-chain B
  • R_hat = sqrt((n-1)/n + B/(n*W))
  • R_hat < 1.01 (strict) | < 1.1 (lenient) → convergence

4.3. Effective sample size (ESS):

  • Estimate autocorr at increasing lags
  • ESS = n_samples / (1 + 2 * sum(autocorr))
  • Rule: ESS > 400 for reliable posterior summaries

4.4. Geweke: cmp mean first 10% vs last 50%. Z-score in [-2, 2] → convergence.

4.5. Non-MCMC: time-avg stats (mean, var) stabilize as path length ↑. Plot running averages.

4.6. Summary table:

DiagnosticValueThresholdStatus
R-hat (max)...< 1.01...
ESS (min)...> 400...
Geweke z (max abs)...< 2.0...
Acceptance rate...0.15-0.50...

Got: All diagnostics pass thresholds. Trace shows stable, well-mixing chains.

If err: R-hat > 1.1 → run longer | improve proposal. ESS very low → ↑ thinning | better sampler (HMC). Geweke fails → extend burn-in.

Step 5: Summary Stats + CIs

5.1. Per quantity (state occupancy, fn E, hitting times):

  • Point est = sample mean across paths (post burn-in + thin)
  • SE via ESS: SE = SD / sqrt(ESS)

5.2. Build CIs:

  • Normal approx: est +/- z_{alpha/2} * SE
  • Skewed → percentile bootstrap | batch means

5.3. Variance reduction → VRF:

  • VRF = Var(naive) / Var(reduced)
  • Report effective speedup

5.4. MC integration: report est, SE, 95% CI, ESS, # fn evals.

5.5. Distribution est:

  • Empirical quantiles (median, 2.5th, 97.5th)
  • KDE for continuous

5.6. Tabulate all w/ uncertainties.

Got: Point ests + SEs + CIs. Variance reduction (if applied) → VRF > 1.

If err: CIs too wide → ↑ n_paths | n_steps. Var reduction worsens (VRF < 1) → disable; control variate | antithetic mismatched.

Step 6: Visualize

6.1. Trajectory plots: 5-20 paths over time. Use transparency for overlap.

6.2. Ensemble stats: overlay mean + pointwise 95% CI bands across paths.

6.3. Marginal distributions: at selected times, hist | density estimates of state across paths.

6.4. Stationary cmp: analytical avail → overlay on empirical hist (final time slice).

6.5. Autocorr plots (MCMC): ACF per component, reasonable lag.

6.6. Diagnostic dashboard: trace + ACF + running mean + marginal density → multi-panel.

6.7. Save figures vector (PDF/SVG) + raster (PNG) → docs.

Got: Pub-quality figures showing trajectory, distributional convergence, diagnostics. Analytical (where avail) matches empirical.

If err: Viz reveals non-stationarity | unexpected multimodality → revisit Steps 1-2 (param/method err). Cluttered plots → reduce paths shown | bigger figure.

Check

  • All trajectories in valid state space (no out-of-bounds, no NaN/Inf)
  • DTMC/CTMC: empirical stationary → analytical (within MC err)
  • SDE: halving dt doesn't qualitatively change → convergence order
  • MCMC: R-hat < 1.01, ESS > 400, Geweke z in [-2, 2]
  • CI widths shrink ∝ 1/sqrt(n_paths) (CLT)
  • Variance reduction → VRF > 1 (improves not worsens)
  • Reproducibility: same seed → identical results

Traps

  • Insufficient burn-in (MCMC): Poor initial state → long burn-in before samples represent target. Inspect trace + diagnostics, don't guess.
  • Euler-Maruyama instability (stiff SDE): Large drift gradients → explicit can diverge. Implicit | adaptive step.
  • Strong vs weak convergence (SDE): Strong = pathwise err (individual trajectories); weak = distributional (expectations). Euler-Maruyama: weak 1.0, strong 0.5.
  • PRNG quality: Long sims → low-quality RNGs → correlated samples. Mersenne Twister | PCG | Xoshiro. Verify independence.
  • Ignore autocorr (MCMC): Treating autocorr samples as independent underestimates uncertainty. Use ESS, not raw count.
  • Antithetic for non-monotone fns: Reduces var only for monotone fn of underlying uniforms. Non-monotone → can ↑ var.
  • Mem for large sims: All time steps of many long paths → mem exhaust. Online stats (running mean, var) when full trajectories not needed for viz.

Dépôt GitHub

pjt222/agent-almanac
Chemin: i18n/caveman-ultra/skills/simulate-stochastic-process
0
agentsagentskillsai-assisted-developmentclaude-codeskillsteams

Compétences associées

llamaguard

Autre

LlamaGuard est le modèle de Meta, doté de 7 à 8 milliards de paramètres, conçu pour modérer les entrées et sorties des LLM selon six catégories de sécurité comme la violence et les discours haineux. Il offre une précision de 94 à 95 % et peut être déployé avec vLLM, Hugging Face ou Amazon SageMaker. Utilisez cette compétence pour intégrer facilement le filtrage de contenu et des garde-fous de sécurité dans vos applications d'IA.

Voir la compétence

cost-optimization

Autre

Cette compétence de Claude aide les développeurs à optimiser les coûts du cloud grâce au redimensionnement des ressources, aux stratégies d'étiquetage et à l'analyse des dépenses. Elle fournit un cadre pour réduire les dépenses cloud et mettre en œuvre une gouvernance des coûts sur AWS, Azure et GCP. Utilisez-la lorsque vous devez analyser les coûts d'infrastructure, redimensionner les ressources ou respecter des contraintes budgétaires.

Voir la compétence

quantizing-models-bitsandbytes

Autre

Cette compétence quantifie les LLMs en précision 8 bits ou 4 bits à l'aide de bitsandbytes, permettant une réduction de 50 à 75 % de la mémoire utilisée avec une perte de précision minime. Elle est idéale pour exécuter des modèles plus volumineux sur une mémoire GPU limitée ou pour accélérer l'inférence, prenant en charge des formats comme INT8, NF4 et FP4. La compétence s'intègre à HuggingFace Transformers et permet l'entraînement QLoRA ainsi que l'utilisation d'optimiseurs en 8 bits.

Voir la compétence

dispatching-parallel-agents

Autre

Cette compétence Claude déploie plusieurs agents pour enquêter et résoudre simultanément 3 problèmes indépendants ou plus. Elle est conçue pour des scénarios impliquant des défaillances non liées qui peuvent être résolues sans état partagé ni dépendances. La capacité fondamentale est la résolution de problèmes en parallèle, en assignant un agent par domaine problématique indépendant afin de maximiser l'efficacité.

Voir la compétence