Тема 7. Статистическая обработка данных.

Пример 1. Статистические функции.

- Генерация случайного числа со значением от 0 до х.

- Генерация векторов случайных чисел:

- Определение коэффициента корреляции двух векторов.

- Определение среднего значения элементов вектора.

- Определение дисперсии (вариации) элементов вектора.

- Определение стандартного отклонения элементов векторов.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Генерация вектора V из 1000 случайных чисел со значением от 0 до 100;

- Вычисление среднего значения, максимума, минимума, дисперсии, отклонения;

- Графическое отображение значений элементов вектора;

- Построение гистограммы частостей распределения случайной величины.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пример 2. Функции создания векторов с различными законами распределения.

2.1 - Биномиальное распределение дискретной случайной величины.

Оно имеет место, когда случайная величина Vi выражает число появлений события А в n независимых опытах при условии, что вероятность появления события А в каждом опыте постоянна и равна p. Возможные значения случайной величины: 0, 1, 2, ..., n.

Обратите внимание, что при построении гистограммы частот распределения, в этом случае не требуется функция hist, так как сам вектор V представляет собой набор данных для построения такой диаграммы.

- Количество элементов вектора (количество серий испытаний).

- Максимальное значение случайной величины (количество опытов в одной серии).

- Вероятность появления исследуемого события в каждом испытании.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.2 - Экспоненциальное распределение непрерывной случайной величины с плотностью вероятности f(x) = re-rx при x>=0, f(x) = 0 при x<0.

Где r - параметр распределения, определяющий максимально возможное значение случайной велечины, m - количество элементов вектора.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.3 - Нормальное распределение непрерывной случайной величины с плотностью вероятности f(x):

где m - математическое ожидание случайной величины (наиболее вероятное значение);

s - отклонение;

m - количество элементов вектора.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.4 - Равномерное распределение непрерывной случайной величины с плотностью вероятности f(x)=1/(b-a) на отрезке [a, b] и равной нулю вне его.

a - минимально возможное значение;

b - максимально возможное значение;

m - количество элементов вектора.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пример 3. Выполнение регрессии (аппроксимация данных).

Пример 3.1 - Линейная регрессия.

- Определить вектора задаваемого параметра Vx и исследуемого параметра Vy:

- Вычислить коэффициент корреляции:

- Чем ближе значение модуля коэффициента корреляции к 1, тем точнее зависимость y(x) определяется линейной функцией y(x)=a + bx

- Вычислить коэффициенты a и b линейной регрессии:

- Определить функцию:

- Можно определить значение функции в точках, которых нет в наборе экспериментальных данных:

- Отобразить график функции регрессии и экспериментальный набор точек в одной системе координат:

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пример 3.2 - Линейная регрессия общего вида.

- Определить вектора задаваемого параметра Vx, исследуемого параметра Vy и вектор F(x) c описанием функций регрессии в символьном виде (функции подбираются по виду распределения экспериментальных данных, их количество может быть разным):

- Вычислить коэффициент корреляции:

Т.к. значение коэф. корреляции по модулю далеко от 1, то зависимость не линейная.


- Определить коэффициенты функции регрессии:

- Определить функцию регрессии:

- Символьно вид функции g(t) не отображается, но необходимо понимать, что она имеет в данном случае следующий вид:

g(t) = 26.064/t - 0.284t2 + 0.228exp(t)


- Можно определить значение функции в точках, которых нет в наборе экспериментальных данных:

- Построить график функции регрессии g(t) и отобразить точки экспериментальных данных на одной координатной плоскости:

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пример 3.3 - Полиномиальная регрессия.

- Определить вектора задаваемого параметра Vx, исследуемого параметра Vy и степень полинома функции регрессии n:

- Предварительно находим вспомогательный вектор Z:

- Можно определить коэффициенты полинома следующим образом:

- Определить функцию регрессии можно двумя способами:

- Можно определить значение функции в точках, которых нет в наборе экспериментальных данных:

- Построить график функции регрессии y(x) и отобразить точки экспериментальных данных на одной координатной плоскости:

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пример 3.4 - Нелинейная регрессия общего вида.

- Определить искомую функцию регрессии F(z, k0, k1) и символьно найти производные по параметрам k0 и k1:

- Определить вектора задаваемого параметра Vx, исследуемого параметра Vy, начального приблежения коэффициентов Vk и вспомогательный символьный вектор-функцию F1(x, k):

- Найти вектор параметров K:

- Определить функцию регрессии y(x):

- Т.о. функция регрессии имеет вид

y(x) = 0.99exp(-1.012x) + 1.001

- Можно определить значение функции в точках, которых нет в наборе экспериментальных данных:

- Построить график функции регрессии y(x) и отобразить точки экспериментальных данных на одной координатной плоскости:

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------