[论文解读] Assessing Excel VBA Suitability for Monte Carlo Simulation

Alexei Botchkarev|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2015

Spreadsheets and End-User Computing参考文献 65被引用 6

一句话总结

本研究评估了 Microsoft Excel 2010 和 2013 搭配 VBA 用于蒙特卡洛模拟的性能，发现当结合外部高质量伪随机数生成器时，该平台具有可行性。尽管 Excel 内置的统计函数需要仔细验证，但电子表格、VBA 与外部 RNG 的结合为蒙特卡洛模拟项目提供了稳健的框架。

ABSTRACT

Monte Carlo (MC) simulation includes a wide range of stochastic techniques used to quantitatively evaluate the behavior of complex systems or processes. Microsoft Excel spreadsheets with Visual Basic for Applications (VBA) software is, arguably, the most commonly employed general purpose tool for MC simulation. Despite the popularity of the Excel in many industries and educational institutions, it has been repeatedly criticized for its flaws and often described as questionable, if not completely unsuitable, for statistical problems. The purpose of this study is to assess suitability of the Excel (specifically its 2010 and 2013 versions) with VBA programming as a tool for MC simulation. The results of the study indicate that Microsoft Excel (versions 2010 and 2013) is a strong Monte Carlo simulation application offering a solid framework of core simulation components including spreadsheets for data input and output, VBA development environment and summary statistics functions. This framework should be complemented with an external high-quality pseudo-random number generator added as a VBA module. A large and diverse category of Excel incidental simulation components that includes statistical distributions, linear and non-linear regression and other statistical, engineering and business functions require execution of due diligence to determine their suitability for a specific MC project.

研究动机与目标

• 评估 Microsoft Excel 2010 和 2013 搭配 VBA 在蒙特卡洛模拟任务中的适用性。
• 识别 Excel 原生组件在支持随机模拟方面的优势与局限性。
• 确定 Excel VBA 是否可作为复杂模拟项目中可靠的平台。
• 评估 Excel 内置统计函数与分布用于模拟的可靠性。
• 提供通过外部工具增强 Excel 模拟能力的实际建议。

提出的方法

• 对 Excel 2010 和 2013 的 VBA 环境在模拟工作负载下的表现进行实证评估。
• 测试核心模拟组件，包括通过电子表格进行的数据输入/输出、VBA 编程以及汇总统计函数。
• 评估 Excel 内置随机数生成的质量，并识别其局限性。
• 将外部高质量伪随机数生成器（PRNG）作为 VBA 模块集成，以提升随机抽样性能。
• 评估 Excel 中统计分布、回归函数及工程/业务函数的准确性与可靠性。
• 对偶然使用的模拟组件进行尽职调查，以确定其在特定蒙特卡洛应用中的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Microsoft Excel 2010 和 2013 搭配 VBA 在多大程度上适合作为蒙特卡洛模拟的平台？
• RQ2 Excel 内置随机数生成器在随机模拟任务中的可靠性如何？
• RQ3 Excel 的哪些统计与数学函数适用于蒙特卡洛模拟？
• RQ4 需要哪些外部增强措施，才能使 Excel VBA 成为一个稳健的模拟环境？
• RQ5 用户如何确保在依赖 Excel 原生函数时模拟结果的准确性？

主要发现

• Microsoft Excel 2010 和 2013 搭配 VBA 为蒙特卡洛模拟提供了坚实的基础框架，涵盖数据处理、编程与汇总统计功能。
• Excel 内置的随机数生成器在高精度模拟中不足，应替换为外部高质量伪随机数生成器。
• 许多 Excel 的统计分布与函数在用于模拟项目前需经过仔细验证，因其可能存在不准确性。
• Excel 中的线性与非线性回归函数存在可靠性问题，必须逐项评估。
• Excel 的电子表格界面、VBA 环境与外部 PRNG 模块的结合，构成了一个可行且高效的模拟平台。
• 在使用 Excel 的偶然模拟组件时，尽职调查至关重要，因其可靠性在不同应用场景中差异显著。