книги из ГПНТБ / Маршак, М. И. Теория технологической статистики
.pdf(см . таблицу ) I .
Исследовались корреляционные зависимости прочности бетона марки М-300 от факторов производственного процес
са.
Было проведено ЬОО наблюдении на протяжении двух пе риодов: Первый период - июнь, июль, август, сентябрь, второй период - октябрь, ноябрь, декабрь.
Введем обозначения:
X j -модуль крупности песка;
Хд - процентное содержание примесей в бетонной
смеси;
Х^ - процентное содержание воды в бетонной смеси;
Х5 - процентное содержание крупногозаполнителя;
Х^ - процентное содержание песка;
^ 7 - процентное содержание цемента;
Xj^ - цементно-водное отношение;
У3 -прочность бетона нормального хранения.
Проверим устойчивость параметров следующего корреля ционного уравнения:
z r j ( x , , Л3, х 6 , XlV) ■
Для проверки устойчивости этого уравнения по двум пе риодам (группам) определим соотношение ( 4 .3 ) , вычисления
приведены в табл. 4 |
.2 , из которых следует, что полученные |
данные превосходят |
табличные F o ,9 s . Следовательно, нуле |
вая гипотеза о равенстве коэффициентов регрессии по полу ченным группам отвергается, то есть для каждого из рас
смотренных периодов |
выявлены различные |
корреляционные |
|
I .H .В.Смирнов, И.В.Дунин-Барковский. |
Курс теории вероят |
||
ностей и математической статистики |
для |
технических при |
|
ложений. М .,"Наука", |
1 9 6 5 ,(приложение). |
|
98
Таблица 4 .1
Система множественных регрессионных уравнений прочности бетона (норм.хранен^от факторов про
|
изводственного |
процесса по группам и по |
выборке |
||||||
|
|
в |
целом |
|
|
|
|
||
Номеоа |
: |
1Вилы оегсессионннх |
уравнений |
|
|||||
по |
: |
Параметры |
|
регрессионного уравнения |
|||||
IpyilllC |
: |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
®о |
: а 2 |
|
: |
а з |
: |
: |
а14 |
|
|
|
|
|
|
|
а 6 |
|||
I |
208,44 |
7 |
,6 8 |
|
-1 3 |
,2 5 |
- 1 ,4 9 |
102,34 |
|
П |
-1 6 0 ,8 3 |
7,22 |
|
3 |
,9 8 |
1 |
2 , 2 2 |
92,68 |
|
По выбор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ке в це |
- 2 ,5 7 |
|
7 |
,6 2 |
|
3 ,3 8 |
45,59 |
||
лом |
479,41 |
|
|
Таблица 4 .2
Дисперсионный анализ для проверки гипотезы о равенстве коэффициентов регрессии для множественных корреляци
онных уравнений
Вид корреляционного •Сумма квадратов ; Сумма квадратов уравнения : отклонений по : отклонений при
.группам : нулевой гипотезе
|
1 |
т |
; /?Л : |
F У |
Уз= |
’Х14'/ 121 075,9 |
93 867,9 196,813,1 |
4,8 |
Таблинное значение |
Р .99 = 3 ,1 1 |
99
зависимости прочности бетона нормального хранения от факторов производственного процесса.
Из рассмотренного примера можно сделать следующий вывод: при построении корреляционных зависимостей проч ности бетона от факторов производственного процесса для данной смеси необходимо брать промежуток времени не бо
лее |
трех |
месяцев / в |
июле проведено |
|
наименьшее количе |
||||
ство |
наблюдений/. |
|
|
|
|
|
|
||
Наряду с выбором интервала стационарности производст |
|||||||||
венного процесса нужно определить необходимое количест |
|||||||||
во наблюдений для построения регрессионных уравнений на |
|||||||||
этом |
интервале. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Объем выборки |
П |
для оценки параметров множествен |
||||||
ной регрессии на указанном временном интервале определя |
|||||||||
ется |
оледующим образом. |
|
|
|
|
||||
Пусть |
( j = cl0 |
а , х , + -а г лг |
.. |
а ,р х .р |
/4.4/ |
||||
уравнение |
регрессии. |
Тогда объем выборки |
а |
можно оп |
|||||
ределить |
из соотношения1. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/4.5/. |
Здесь |
р |
- |
вероятность / например, |
р |
=0,95/, с ко |
||||
торой выполняется |
соотношение |
|
|
|
|
||||
|
-значение показателя качества, полученное в результа |
||||||||
та эксперимента; |
|
|
|
|
|
|
|||
^ |
-значение показателя качества, вычисленное из соот |
||||||||
ношения /4.4/; |
|
|
|
|
|
|
|
||
А - |
величина, |
зависящая от диапазона изменения переменных |
|||||||
X j,X g ,.•• ^р1! |
от |
коэффициентов регрессии; |
|
|
I.Кулик Б.Т.Алгоритмизация объектов управления.Киев, Паукова думка", 1968..латушевский В .В . Определение не обходимого объема эксперимента в задаче регрессионного
анализа.То.Сибирского физ.-тмн. института при Томском у н -т е ,4 ? Д оы ск,1965.
100
Сэ -среднее квадратическое отклонение показателя ка
чества у . |
|
|
|
|
|
Практически значение |
П |
можно оценить |
на основании |
||
некоторого предварительного эксперимента по выборке |
|||||
объема |
Я , |
. Из эксперимента |
определяются |
б? и А . |
|
Параметр |
А |
определяется |
из |
соотношения |
|
Л л, (t-p) Д*,
А= — ,
где П, -объем предварительной выборки.
П -среднее значение ^ .
Подставляя найденное значение А в /4.5/ И задаваясь
А, получим приближенную оценку необход-iMDro числа на
блюдений. |
|
|
|
|
|
|
и случае, когда величину |
|
|
^ |
можно считать |
распределенной нормально, |
Л |
|
можно найти из соотно |
||
шения |
|
|
|
|
|
|
ха-ёа А |
|
|
|
|
|
П г |
|
|
|
|
|
£ г |
|
|
|
|
где |
2 Ф ( Х ) ~ Р |
|
|
|
|
|
Ф ( Х ) |
|
я |
c i t |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Оценки d> и А обычно определяются на основе
предварительного эксперимента.
Обновление выявленной зависимости при получении новой
.•тчормации можно осуществлять следующим образом.
101
Пусть имеются наблюдения за ходом производственного процесса
о У(о)-, |
х .(о), х *(о ), х3 ( о), . |
, Хр(о) |
У. 0 ; |
Х. р), Хг( 0 > |
■ --‘ t p l*) |
■Г). у (п); х ,(п), Хг(п), |
хд(п), . . . , Хр(п) |
/4,6/ |
|||
Здесь |
/1 - |
порядковй |
номер полученных данных. |
|
|
Используя метод наименьших квадратов, по этим данным |
|||||
нашли зависимость: |
|
|
|
||
у - a 0 f а ,х ,+ - а &х г + ■ ■ •^ о - р х р |
|
||||
Если в процессе работы получено |
новое п + ■/ |
наблюде |
|||
ние |
|
|
|
|
|
n+l) |
y(n + i)l Xt[nn), |
Xzl” * 1) , - ■ ■, Xp[n + 0 , |
|||
тогда |
результаты первого наблюдения |
|
|
||
о ) у (о) > |
Х ,(о ) , |
, х Р ( о ) |
|
||
отбрасываются и приписываются результаты п + / |
наблюде |
||||
ния и вновь обрабатывается весь массив даншдх. |
|
||||
Коррекцию модели можно производить и после |
накопления |
||||
некоторого нового массива данных /например, К |
новых наблю |
||||
дений/. Тогда отбрасываются результаты первых |
К наблюде |
||||
ний' и приписываются результаты К |
новых наблюдений и |
||||
вновь обрабатывается весь массив данных. |
|
||||
Коррекцию следует выбирать, учитывая особенности изу |
|||||
чаемого процесса, и в |
общем случае |
оптимальный цикл указать |
|||
трудно. |
|
|
|
|
102
Рассмотрим результаты исследования производствен ного процесса приготовления бетона марки М-300.Изуча лась зависимость прочности бетона нормального хранения
/У„/ от ряда факторов |
производственного процесса. |
|||
Факторы характеризуют процентное содержание состава |
||||
ляющих: воды в бетонной смеси |
- Х4 ; |
|
|
|
крупного заполнителя |
“х 5? |
|
|
|
песка |
|
- х 6 ; |
|
|
цемента |
|
“ Хг7 » |
|
|
В первую группу вошло 150 |
наблюдений, которые про |
|||
водились в июле, августе, сентябре 196)9 года. |
|
|||
Группы составлялись таким образом: |
|
|
||
а/ исключались первые 50 наблюдений, т .е . |
наблюдения |
|||
первого месяца; |
|
|
|
|
б/ вводились 50 наблюдений, соответствующие периоду |
||||
следующего месяца. |
|
|
|
|
Но каждой труппе получены линейные регрессионные урав |
||||
нения, множественные коэффициенты корреляции |
£ |
/табл, |
||
4 .4/ , средние значения |
и показатели вариации |
признаков |
||
по каждой группе / табл. 4.3/ , |
|
|
|
|
Рассмотрев данные |
табл, 4 .3 |
, 4 .4 можно |
сделать вы |
вод об изменении параметров в корреляционных уравнениях по неизвестному занону. Применение дисперсионного анали за подтверждает этот вывод.
!1ри осуществлении адаптации методом скользящего ин тервала следует исключить первые /например, пятьдесят/ наблюдений и вводить наблюдения, соответствующие следующе му периоду /результаты адаптации представлены в табл.
4.4/ .
При получении новых наблюдений необходимо пересчиты вать полученные зависимости, а это приводит к решению системы нормальных уравнений, что, в свою очередь, тре бует накопления в памяти машины, как правило, большого массива информации. Поэтому целесообразно применять ите-
105
ративные методы, позволяющие на каждом |
П |
шаге |
исчис |
||
лять значения элементов |
обратной матрицы |
in |
+ i) |
||
и искомых коэффициентов |
регрессии |
а . |
( n + i ) |
|
по вы |
численным значениям С у |
in ), с ц (п ), |
Xi ( n + f), |
у/лу-yj. |
Таким образом, требуется запоминание в машине лишь эле
ментов обратной матрицы, полученной по |
результатам а- |
|||||||||
наблюдений |
|
коэффициентов |
регрессии, на ос |
|||||||
нове |
тех же |
/г -наблюдений |
и результатов |
нового |
наблюде |
|||||
ния |
X o(n + i), |
. . |
Х р ( п и ), у ( п * |
i). |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
4 .3 . |
||
|
Средние |
значение йакториальных А |
|
/ и |
результа |
|||||
|
тивного |
А / |
признаков, |
показатели |
вариации |
по |
||||
|
группам для бетона марки М-500 |
|
|
|
|
|||||
Наименование |
: |
I группа |
:: |
II |
группа |
: |
HI |
группа |
||
показателей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X* |
|
9 ,8 5 |
|
|
9,80 |
|
|
9,48 |
|
|
|
|
0 ,4 3 |
|
|
0 ,4 5 |
|
|
0,70 |
|
Vx„ |
|
4,41 |
•. |
4 ,5 4 |
|
|
7,38 |
|||
Xs |
|
41,60 |
. |
41,13 |
|
41,05 |
||||
6х5 |
|
0 ,9 5 |
|
|
1 , 0 2 |
|
|
1,08 |
||
V* 5 |
|
2 ,2 8 |
|
|
2 ,4 8 |
|
|
2 ,6 3 |
||
Xt, |
|
27,65 |
|
30,24 |
|
28,39 |
||||
|
6xt |
|
0 ,8 3 |
|
|
5,02 |
|
|
0 ,5 9 |
|
|
|
|
2,98 |
|
16,61 |
|
|
2,08 |
||
|
X , |
|
1.9,31 |
|
19,38 |
|
19,26 |
|||
|
Vx, |
|
0,46 |
|
|
0,40 |
|
|
0 ,5 8 |
|
|
|
2,40 |
|
|
2,07 |
|
|
3,01 |
||
|
|
|
369,55 |
|
378,72 |
|
397,27 |
|||
В силу ./того значительно сокращается объем вычислений |
||||||||||
и экономятся |
элементы запоминающего устройства |
по ср аж е |
нию с непосредственным решением системы нормальных урав нений ,
104
Таблипа 4 .4
Множественные корреляционные уравнения прочности
бетона марки М-300 нормального хранения /У/ от факторов производственного процесса
- Гру ------ |
,------------------ ---------------- — |
------ |
—-- ----- ■ |
||||
Параметры корреляционных уравнении______ Нйножест- |
|||||||
пгти |
• |
|
|
|
|
|
тасит-гй |
ППЫ |
: a 0 |
: a4 |
: a 5 |
: a 6 |
: an |
|
.венный |
|
|
•коэффи- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
:циент |
|
|
• |
• |
|
|
|
.корреля- |
|
|
|
|
|
|
|
•ции |
I |
133,40 |
- 1 ,3 4 |
- 0 ,3 4 |
4,90 |
12,24 |
0 ,6 1 |
|
П |
643,28 |
-1 4 ,1 2 |
- 8 ,0 9 |
2 ,5 6 |
6 |
,6 5 |
0 ,6 7 |
Ш 718,68 |
-3 1 ,5 0 |
- 6 ,1 8 |
5,58 |
3 |
,7 6 |
0 ,6 2 |
Б ряде' работ* приводится соотношение, позволяющее пересчитать параметры регрессионной модели при получении
нового t\ * 1 наблюдения. Расчеты осуществляются следующим образом.
Пусть по результатам наблюдений /4.6/ за ходом произ водственного' процесса определится зависимость вида
U=• |
+ |
а,Л, f а-г Хг. + • • ■ * CLpXp- |
|||
Отметим,что если необходимо вычислить зависимость вида |
|||||
1.Керекеснер |
li,II. .Чеховой Ю, II, Алгоритм построения нелиней |
||||
ной статистической модели оложного производственного про |
|||||
цесса. -"Автоматика" , 1064, И2; |
Кулик В.Т,Цифровое модели |
||||
рование сложных систем. Изд-но |
Киевского университета,1964) |
||||
Joencjvist^. |
(L M ethod J o e |
CatjzolciHnjj Changes is) Re.gte.sst.on |
|||
Coejjc.cien.ts |
u n d |
J n e e t s e |
tV a .tti.ces C a t e s p e n d e n g -to |
||
C hcm aes |
Lr\ the |
Seta o j d v c ic lo it t O a.ta.,-Skand.M ucizLetidskZ ." |
I95% fo-4,3I9-S& b.
105
- С2*о + CkfXt Q-& ♦ |
C LpX p > |
то следует положить в приведенных ниже итеративных со отношениях
X' (°) - 1 , Хо [*) - i, ■ • •, Хр (Г>)~ /.
Система нормальных уравнений, составленная по резуль татам наблюдений в матричной форме, имеет следующий вид:
|
хтх л =хту, |
/4.7/ |
|||
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
Х,(0) |
Xi(o) |
Л з М . . |
• |
• Хр(о) |
\ |
х .(д |
**(<) |
X3('l) . . |
• |
хр |
|
х,[ п) |
Хг(п) |
h i") |
|
Хр(п) |
/ |
А8* \ |
|
г |
а. |
\ |
|
а , |
|
р<> |
|
|
|
|
У= |
|
|
|
|
О р |
|
Г |
) |
|
|
Хг транспонированная матрица.
Чтобы не решать систему нормальных уравнений заново, при получении нового наблюдения за ходом производственного про цесса целесообразно использовать соотношеш* 17
106
н г
. |
. |
2 Г |
C Lj in)- Х1(пн)-2И c u t ”) |
■Xj ( П+j ) |
(V -8 ) |
|
C L jln + < )-C y(n )- |
^ |
1 |
\ lL |
^ ------- - |
||
|
|
|
I + } _ |
x U * * 1) ■* j ( n + 0 |
|
|
|
|
|
L = C |
j - O |
|
|
, („ „ ) , g , W . £ |
4 ‘i W t ^ - t ^ W ' * |
( „ ) |
|
‘ |
' |
/ +Z t c . ^ n ) . x U x 4 ) - J f j l « 4 ) |
|
здесь |
C t,j |
элементы обратной матрицы С_ f А |
А / |
|||
|
(5 .i. |
коэффициенты регрессии. |
|
|
|
|
Ути соотношения дают возможность на каждом |
п + 1 |
|||||
шаге |
исчислять |
значения элементов |
обратной |
матрицы |
||
[п*-/J |
и искомых коэффициентов регрессии |
|
|
|||
по* значениям |
С Lj [ п ) > Q -^[n) , |
вычисленным на |
||||
основании |
а |
наблюдений, и результатам |
П + 1 наблю |
|||
дения |
|
|
|
|
|
|
п * i) |
y i n |
1-1) , |
Х с ( п ч ) , Х , ( п * /), |
Х г(п -н), |
. . . , |
Xp(n+i)., |
в результате чего значительно уменьшается объем вычисле ний по сравнению с непосредственным решением системы нор мальных уравнений.
Отметим, что часто ранние наблюдения за ходом произ водственного процесса теряют свою ценность, поскольку
107