Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 635043)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ: лабораторный практикум (220,00 руб.)

0   0
АвторыГерасимова Марина Михайлова
Издательство[Б.и.]
Страниц103
ID261073
АннотацияЛабораторный практикум предназначен для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ». Он содержит теоретическую, практическую части и контрольные вопросы по основным темам курса.
Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ: лабораторный практикум / М.М. Герасимова .— : [Б.и.], 2011 .— 103 с. — URL: https://rucont.ru/efd/261073 (дата обращения: 04.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

М.М. Герасимова МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ НА ЭВМ Красноярск 2011 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Лесосибирский филиал М.М. Герасимова Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве лабораторного практикума для студентов специальности 250401 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств очной формы обучения Красноярск 2011 2 Герасимова, М.М. Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ [Текст]: лабораторный практикум для студентов специальности 250401 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств очной формы обучения / М.М. Герасимова. <...> Лабораторный лабораторных работ практикум предназначен по для выполнения дисциплине «Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ». <...> © М.М. Герасимова, 2011 © ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», Лесосибирский филиал, 2011 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение . <...> 6 Лабораторная работа 1 Получение и статистический анализ вариационных рядов (4 ч) . <...> 73 Лабораторная работа 5 Расчет реализованного плана полного факторного эксперимента (4 ч) . <...> 94 4 Введение Успешное решение задач, стоящих перед лесной промышленностью, связано с созданием гибких производственных процессов, малоотходных и ресурсосберегающих технологий, компьютеризацией и автоматизацией управления производством. <...> Цель данного лабораторного практикума - научить студентов современным способам обработки информации, необходимым знаниям математических методов, которые используются в лесоинженерном деле, и умению на основе результатов сделать профессиональный вывод. <...> Лабораторный практикум построен на основе рабочего учебного плана специальности 250401.65 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных <...>
Методы_обработки_экспериментальных_задач_на_ЭВМ_лабораторный_практикум_.pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Стр.11
Стр.12
Стр.13
Стр.14
Стр.15
Стр.16
Методы_обработки_экспериментальных_задач_на_ЭВМ_лабораторный_практикум_.pdf
М.М. Герасимова МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ НА ЭВМ Красноярск 2011
Стр.1
Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Лесосибирский филиал М.М. Герасимова Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве лабораторного практикума для студентов специальности 250401 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств очной формы обучения Красноярск 2011
Стр.2
2 Герасимова, М.М. Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ [Текст]: лабораторный практикум для студентов специальности 250401 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств очной формы обучения / М.М. Герасимова. - Красноярск: СибГТУ, 2011. - 104 с. Рецензенты: канд. физ. - мат. наук Е.Н. Яковлева (СФУ); доц. Н.Г. Черноусова (научно-методический совет СибГТУ). Лабораторный лабораторных работ практикум предназначен по для выполнения дисциплине «Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ». Он содержит теоретическую, практическую части и контрольные вопросы по основным темам курса. © М.М. Герасимова, 2011 © ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», Лесосибирский филиал, 2011
Стр.3
3 СОДЕРЖАНИЕ Введение ....................................................................................................................... 4 Раздел 1 Статистическая обработка результатов эксперимента ............................ 6 1.1 Статистический анализ вариационных рядов ................................................. 6 Лабораторная работа 1 Получение и статистический анализ вариационных рядов (4 ч) .................................................................................. 6 1.2 Статистическая проверка статистических гипотез ....................................... 31 Лабораторная работа 2 Проверка гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности (2 ч) ........................................... 31 Раздел 2 Дисперсионный анализ ............................................................................. 39 2.1 Однофакторный дисперсионный анализ ....................................................... 39 Лабораторная работа 3 Однофакторный дисперсионный анализ (2 ч) ...... 39 Раздел 3 Корреляционно-регрессионный анализ ................................................... 51 3.1 Парная регрессия и корреляция ...................................................................... 51 Лабораторная работа 4 Парный регрессионный анализ (4 ч) ..................... 51 Раздел 4 Метод полного факторного эксперимента .............................................. 73 4.1 Сущность метода полного факторного эксперимента ................................. 73 Лабораторная работа 5 Расчет реализованного плана полного факторного эксперимента (4 ч) ....................................................................... 73 Библиографический список...................................................................................... 93 Приложение А (справочное) Статистико-математические таблицы ................... 94
Стр.4
4 Введение Успешное решение задач, стоящих перед лесной промышленностью, связано с созданием гибких производственных процессов, малоотходных и ресурсосберегающих технологий, компьютеризацией и автоматизацией управления производством. Эффективное использование вычислительных средств с целью принятия научно обоснованных решений в процессе планирования и управления возможно соответствующих методов и программ, а также умении самостоятельно ставить задачи, решать их с помощью ЭВМ и грамотно анализировать результаты. Поэтому возникла необходимость в подготовке инженеров, обладающих соответствующими знаниями математических методов и моделей, составляющих основу математического обеспечения ЭВМ. Цель данного лабораторного практикума - научить студентов современным способам обработки информации, необходимым знаниям математических методов, которые используются в лесоинженерном деле, и умению на основе результатов сделать профессиональный вывод. Лабораторный практикум построен на основе рабочего учебного плана специальности 250401.65 Лесоинженерное дело направления 250400 Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств. Курс «Методы обработки экспериментальных задач на ЭВМ» общим объемом 60 часов изучается в течение VI семестра, из них лекций –18 часов, лабораторных занятий – 16 часов, и 26 часов дается студенту на самостоятельную работу. Изучение курса завершается зачетом. Лабораторный практикум содержит теоретическую и практическую части по основным темам курса. В ходе выполнения лабораторной работы студент получает навыки автоматической обработки данных с помощью табличного процессора Microsoft Exсel, выполняет расчёты и делает вывод по обработке статистической информации. только при знании
Стр.5
5 Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, студент должен понять задание, ознакомиться с технологией выполнения работы и примером решения аналогичной задачи. Выполнив работу, студент предъявляет отчет, который должен содержать следующие сведения: − дату выполнения; − номер и название работы; − исходные данные варианта; − результаты и анализ решения задачи. Обязательной является защита лабораторной работы. Требования к защите: студент должен пояснить применение метода решения задачи, объяснить основные этапы ее решения, сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.
Стр.6
6 Раздел 1 Статистическая обработка результатов эксперимента 1.1 Статистический анализ вариационных рядов Лабораторная работа 1 Получение и статистический анализ вариационных рядов (4 ч) Цель работы: приобретение навыков получения вариационных рядов, их графического представления и вычисления оценок основных числовых характеристик выборки. Теоретическая часть. При проведении наблюдений и экспериментов получают количественную информацию по какому-либо признаку Х. Отдельные значения (варианты) признака x , 2x ,…, nx 1 ` образуют непрерывный ряд. Последовательность вариант, записанных в возрастающем порядке, называется вариационным рядом. Любой вариационный ряд можно преобразовать в дискретный (интервальный) ряд. Интервальный вариационный ряд получается группировкой данных, в результате исходный ряд разбивается на определённое количество интервалов. Каждый интервал характеризуют его нижняя и верхняя границы, середина интервала и количество значений признака, которые в него попадают (частота). Группировка данных выполняется в следующем порядке: 1. Определяется количество интервалов. При производственных исследованиях исходят из того, что количество интервалов k при малой выборке (n<30) должно быть k =5 - 6, при большой выборке (n>30) k =8 - 10. В научных исследованиях количество интервалов рассчитывается по формуле: k =1 3,3 lg2+ n, (1)
Стр.7
7 где п – объём выборки. Вычисляется длина интервала h по формуле: х h = max − х k min = 1 3,3 lg21 min х max − х + ⋅ n , (2) где хmax,, хmin – максимальное и минимальное значения признака. 2. Устанавливаются нижняя и верхняя границы интервалов. Нижняя граница первого интервала определяется следующим образом: 2 а 0 = хmin − а аi i = −1 + h . Верхняя граница интервала с номером i определяется по формуле h , где а - верхняя граница ( 1 )−i интервала); i− 1 (3) (4) - го интервала (нижняя граница i - го i = 1,2,3 .... . 4. Составляются интервальный и дискретный ряды распределения случайной величины Х (таблицы 1, 2). Таблица 1 – Форма табличного представления интервального ряда распределения Границы интервала Частота i n Относительная частота i w Таблица 2 – Форма табличного представления дискретного ряда распределения Середина интервала i х Частота i n Относительная частота i w
Стр.8
8 Серединой интервала является среднее значение указанного интервала, которое для i -го интервала вычисляется по формуле 2 хi = −i 1 + ai a . (5) Ряд делится на интервалы до тех пор, пока максимальное значение хmax не попадёт в последний интервал. Частота – это количество значений признака, которые попадают в данный интервал. Относительная частота вычисляется по формуле w ni где i i = , n w - относительная частота, соответствующая i-му интервалу; i (6) n - частота, соответствующая i-му интервалу. Сгруппированный ряд распределения может быть представлен как в табличной форме (таблицы 1, 2), так и в графическом виде. Существует несколько графических способов изображения данных. Так, ряд распределения может быть представлен гистограммой и полигоном распределения. Гистограмма частот (относительных частот) строится для изображения ряда распределения в виде прямоугольников. На оси абсцисс откладываются верхние и нижние границы интервалов, на оси ординат откладывают частоту (относительную частоту). Граничные линии проводятся перпендикулярно оси абсцисс (рисунок 1). Полигон частот (относительных частот) – это ломаная, отрезки которой соединяют точки (xi n; i ) ( (xi w; i )) . На оси абсцисс откладывают середины интервалов, а на оси ординат – частоту (относительную частоту) (рисунок 2).
Стр.9
9 10 15 20 25 0 5 15 21 27 33 39 Середина интервала Рисунок 1 – Гистограмма частот 10 15 20 25 0 5 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 Середина интервала Рисунок 2 – Полигон частот Основными статистическими показателями ряда распределения являются средние значения и показатели вариации признака. Выборочная средняя для сгруппированного ряда распределения вычисляется по формуле x = =1 i ∑ ixni n n , (7) 45 51 Частота Частота
Стр.10
10 где x - выборочная средняя; i n – частота, соответствующая i – му интервалу; х – середина i –го интервала; i n – объём выборки. Центр ряда распределения, кроме среднего значения, характеризуют непараметрические показатели – медиана и мода. Медиана – это значение вариационного ряда, которое делит его на две равные совокупности. Мода – это наиболее часто встречающееся значение вариационного ряда. Для характеристики варьирования признака вычисляют следующие статистики: выборочная дисперсия, выборочное среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации. Выборочная дисперсия характеризует разброс значений признака X относительно выборочной средней: n S 2 ∑ (xi − x ni 2 ) = 1i= n . (8) Эта величина показывает среднюю изменчивость вариант в ряду распределения, но так как дисперсия - величина квадратичная, это не позволяет использовать данный статистический показатель в сравнительном анализе. Выборочное среднее квадратическое отклонение показывает среднее отклонение вариант от центра ряда распределения: ∑ (xi − x ni 2 n S = i=1 n ) . (9)
Стр.11
11 Среднее квадратическое отклонение – величина линейная, что позволяет характеризовать выборочную совокупность, показывая меру рассеяния вариант по отношению к центру распределения. Но этот статистический показатель не может использоваться для сравнения изменчивости разных признаков. Коэффициент вариации характеризует изменчивость признаков в сопоставимых единицах (процентах): V S = ⋅1 %00 x , (10) где x - выборочная средняя; S – выборочное среднее квадратическое отклонение. По величине коэффициента вариации устанавливают меру изменчивости признака (таблица 3). Таблица 3 – Соответствие между коэффициентом вариации и изменчивостью признака Коэффициент вариации до 5% 6 – 10% 11 – 20% 21 – 50% 51% и более Изменчивость признака слабая умеренная значительная большая очень большая Достоинство этого показателя в том, что он может использоваться для сравнения изменчивости признаков, имеющих разную размерность, недостаток заключается в том, что коэффициент вариации зависит от среднего значения, поэтому при небольших значениях средних величин наблюдаются высокие величины коэффициентов вариации. Выборочный коэффициент асимметрии характеризует асимметрию распределения:
Стр.12
12 А* ∑ (xi − x ni 3 n = Выборочный i=1 n S ⋅ коэффициент островершинность распределения Э = * ∑ (xi − x ni 4 n i=1 n S ⋅ 4 ) − 3. (12) Эти числовые характеристики служат для сравнения эмпирического (наблюдаемого) распределения с нормальным, для которого оба этих коэффициента равны нулю. Для предварительного выбора закона распределения вычисляют средние квадратические ошибки определения коэффициентов асимметрии и эксцесса: SA = ( ) ( )3 n SЭ = + ⋅ + − 6 (n 1 ( ) ( ) ( )5 2 n 24 (n n 1 − ⋅ + ⋅ + − ⋅ − n 2) (n 3 n 1) n , 3) . (13) (14) Если выборочные коэффициенты асимметрии и эксцесса отличаются от нуля не более чем на удвоенные средние квадратические ошибки их определения, то можно сделать предположение, что эмпирическое распределение случайной величины Х является нормальным. Пример выполнения работы Выполним статистический анализ результатов наблюдений, представленных в таблице 4. 3 ) . эксцесса (11) характеризует
Стр.13
13 Таблица 4 – Исходные данные 5,2 4,8 3,8 4,4 4 7,8 9,1 7 6,2 7 6 5 6 7,6 5 4,8 5 11 6,4 5,6 6,2 4,4 7,2 5,8 6,8 6 6,8 6,6 5,8 7,8 4,2 9 8,2 6,6 9,4 5,6 6,6 6,2 5,2 6,4 8,6 9,3 7 6,2 5,2 5 7 7,8 5,8 5 7,4 6,2 2,8 5 4,8 4,8 6,8 7 6,8 4,4 8 7,6 5,6 4,8 4,8 8,4 7,2 4,8 4,6 9 7 5,4 10,3 2,4 6 5,6 5 5,6 5,4 7,6 5,4 6,2 6 5,4 2,8 4,4 6,4 4,6 4,6 7,8 6,4 1. Для удобства обработки данных их надо сгруппировать. С этой целью найдем наибольшее и наименьшее наблюдаемые значения исследуемой случайной величины Х: х = х max 1 ,1 min = 2, 4 . Вычисление этих значений выполняется в Excel с помощью функций МАКС и МИН. Все остальные наблюдаемые значения находятся в промежутке [х , хm ]ax min . Разобьем этот отрезок на интервалы. По формуле (2) определим длину частичного интервала h: 1 2,41 h = − 1 3,321 l 100g + ⋅ a = 0 2,4 1,1 =− =1, 1. Начало первого интервала рассчитаем по формуле (3): 2 1, 85 . Таким образом, минимальное значение случайной величины Х (СВ )X попадает в середину первого частичного интервала. Для определения конца интервала с номером i будем использовать формулу (4), где i = 1,2,3 .... . Процесс вычислений прекращаем, когда при каком - 8 5,2 5,6 4,8 6,6 6,4 9,2 7,2 7,6
Стр.14
14 либо значении i a a станет больше или равно max i интервалы будем считать закрытыми справа. 0 1,8 ,5= a = a = a = a = a = a = a = a = a = нужно. После разбивки всего диапазона изменений значений СВХ на 9 частичных интервалов необходимо подсчитать число значений, попавших в каждый из них, т.е. частоту i n , соответствующую данному интервалу. Частоту можно найти в табличном редакторе Microsoft Excel при помощи функции ЧАСТОТА. Ее аргументами являются массив данных и массив интервалов. Массивом данных являются значения случайной величины Х из таблицы 1. В Excel они введены в ячейки А1:А100. Массив интервалов - 1 1, 58 1,1 2, 95, 2 2, 59 1,1 4, 05 , 3 4, 50 1,1 5, 15, 4 5, 51 1,1 6, 25, 5 6, 52 1,1 7, 35, 6 7, 53 1,1 8, 45, 7 8, 54 1,1 9, 55, 8 9, 55 1,1 1 , 650 9 1 , 50 6 1,1 1 , 751 + = + = + = + = + = + = + = + = + = 15,32> max х . Полученные , . х , поэтому дальнейшее вычисление производить не
Стр.15
15 значения границ интервалов, в нашем примере это значения 0a ,…, a , в 9 Excel - массив С2:С11 (рисунок 3). Формулу для подсчета частот необходимо ввести как формулу массива. Сначала формула вводится в одну ячейку, например, D2. Затем выделяем диапазон D2:D11, нажимаем клавишу F2, а затем - клавиши CTRL+SHIFT+ENTER. Рисунок 3 – Окно Аргументы функции ЧАСТОТА В ячейках D2:D11 выводится количество значений случайной величины Х, находящихся в интервале, правой границей которого является соответствующее значение в массиве С2:С11. Так, например, значение в ячейке D3, равное 3, есть частота, соответствующая интервалу (1,8 ;2,9 ]55 . Так как в массиве данных нет значений, меньших, чем нижняя граница первого интервала, то в ячейке D2 выводится значение, равное нулю (рисунок 4). На основании результатов вычислений по формуле (6) определим относительные частоты iw , по формуле (5) - середины частичных интервалов и составим интервальный и дискретный ряды распределения случайной величины Х (таблицы 5, 6).
Стр.16