Практическое занятие 5.

Оценка дисперсий. Критерий Фишера.

Пусть есть две независимых совокупности со средними значениями Х1 и Х2.Оценки дисперсий S1 и S2. Необходимо оценить, являются ли эти совокупности существенно различными или эти данные взяты из общей совокупности с дисперсией σ.

Для этого используют критерий Фишера F=S₁²/S₂². По Таблице критериев F Фишера находим отношение. Eсли рассчитанное значение F меньше табличного, то нет основания считать, что разница в разбросе данных (в совокупностях) существенна.

Первое задание посвящено сравнительному анализу дисперсий. Существенная разница дисперсий говорит о плохих методиках измерений, в результате которых были получены экспериментальные данные, или о плохой квалификации лаборантов, которые эти данные получили, или о несовершенстве технологий получения образцов (либо изделий), с помощью которых эти образцы были получены.

Второе задание посвящено сравнительному анализу самих результатов. Существенная разница между результатами Х указывает на то, что химический состав образцов (изделий) разный, либо говорит о разных технологиях их изготовлений.

Соответствующую оценку проводят, используя критерий Стьюдента t.

Сначала рассчитывают суммарную среднеквадратичную погрешность S²

S² =[(n₁ -1)S₁² +(n₂ -1)S₂²]/[(n₁ -1)+(n₂ -1)] =

= [(X-X_cp)² +(X-X_cp)²]/(n₁ +n₂ -2)

а затем рассчитывают значение критерия t.

В результате получаем

t = [(X_ср2 -X_cp1)/S][n₁n₂ /(n₁ +n₂ )]^1/2

Если значение t превышает допустимое табличное, значит расхождение существенное.

Примечание.

Табличное значение F при вероятности 5% и при количестве результатов испытаний n1=n2=12 составляет F=2,54.

Табличное значение t при вероятности 5% и при количестве результатов испытаний n1=n2=12 составляет t=2,201.

Пример задания: Два столбца цифр – результаты проведения двух серий испытаний. Следует рассчитать средние значения Хср1 и Хср2, затем среднеквадратичные погрешности S1 и S2 и далее провести расчеты F и t как указано выше.

Практическое занятие 6.

Оценка воспроизводимости. Выявление и исключение грубых ошибок.

Перед тем, как сравнивать серии результатов экспериментов, следует установить, нет ли среди результатов грубых ошибок.

Для этого полезно расположить все результаты в порядке возрастания и выделить результат существенно отличающийся от всех остальных.

Затем для резко выделяющегося результата Хв рассчитывают значение

Q=(Хв-Х)/R гдн Х – соседнее значение и R- размах варьирования R=Хмах-Хмин

Если рассчитанное Q больше табличного для выбранного уровня значимости при числе параллельных наблюдений n, то значение Хв может быть отнесено к анормальному, его следует либо перемерить, либо исключить из ряда экспериментальных данных.

Таблица. Значения Q для оценки резко выделяющихся наблюдений при различных уровнях значимости α

Число наблюдений n	α=0,01	Α=0,05	α =0,1
3	0,99	0,94	0,89
5	0,76	0,64	0,56
8	0,58	0,48	0,40

Перед тем, как перейти к планированию экспериментов следует оценить качество методик, по которым будут проводиться эксперименты.

Для этого следует оценить однородность дисперсий результатов. (См. Практическог занятие 5) и провести оценку воспроизводимости.

Для этого следует провести n независимых серий экспериментов, в каждой серии содержится m опытов. Для каждой серии следует рассчитать средние значения

Хср= ΣXi/m

рассчитать выборочные дисперсии

Si²=Σ(Xcp-Xi)²/(m-1)

Рассчитать суммарную величину дисперсий по результатам n серий

Scум²= Σ Si²

Найти отношение максимальной дисперсии из n серий к сумме дисперсий из числа всех серий

G=Simax²/Scум²

И сравнить полученное экспериментальное значение критерия Кохрена G с табличным G при m сериях по n экспериментов в каждой серии.

Если экспериментальное значение G меньше табличного (при вероятности 0,05) Gэксп<Gтаб, то это значит, что эксперименты удовлетворительно воспроизводятся и это заключение верно с вероятностью 95%.

Пример. Имеются три серии экспериментальных результатов