 
        
        книги из ГПНТБ / Маршак, М. И. Теория технологической статистики
.pdfпотезу о случайности выборки следует отвергнуть.
При п = 265
| VC265) | > | 163 | , | 
| 'V (265) | < | 7 | ( 3 .2 ) | 
В частности, для фактора У3 (прочность бетона нормаль ного хранения)
| V | (265) | = | 198 | 
| ■ Г | (265) | = | Д . | 
Следовательно, гипотозу о случайности выборки следует принять. Критерий "восходящих" и "нисходящих" серий дает возможность сделать вывод о случайности выборки и для остальных факторов производственного процесса.
При построении зависимости качеств^ бетона от факторов производственного процесса были выделены две группы. К первой отнесены факторы, характеризующие расход материалов ко-второй - параметры, характеризующие режим обработки, в частности, температуру смеси Хд, температуру хранения об разцов 1-3 дна. Xj q , температуру хранения образцов Д-7 flHew.Xjp влажность хранения 1-3 дни: Хр,» влажность хране нин Д-7 днекХ^з*
Была составлена модель вида:
'J j - f ( X4 : X /Q , Хи /Л , Xt i) j
характеризующая связь между прочностью и факторами второй группы.
В табл. 3.2 приведены основные статистические характе ристики изучаемых показателей. Дли определения тесноты связи между изучаемыми показателями были вычислены парные
коэффициенты корреляции. Их матрица представлена в табл.
3 .1.
Было получено следующее уравнение множественной регрес
сии:
58
„[. - 7 Ь 8,31 3 J3&Ag~h3 , 5 b X i o ~ i j b 8 X n 0 ,9 6 X n ~ 3 , 0 5 Х / з
Проверку значимости уравнения регрессии производим на основе вычисления критерия F .
| о числом | степеней свободы | , | '^г- П ~ р > | ||
| где | П - | количество | наблюдений; | 
 | |
| 
 | - | количество | параметров уравнения регрессии | ||
| 
 | 
 | /7 | 
 | п | 
 | 
П - р
| При этом проверяется гипотеза о | том, что выравнивание | ||
| по построенному уравнению регрессии | лучше, чем выравнива | ||
| ние по уравнению У^ = | У3 . | 
 | 
 | 
| Полученное значение | р - | критерия сравнивается с таб | |
| личным (при выбранном уровне | значимости 0,05 или 0 ,0 1 ) . | ||
Если оно окажется больше соответствующего табличного зна
| чения, то гипотеза о том, | что выравнивание по построенному | |||||
| уравнению регрессии лучше, | чем | выравнивание по уравнению | ||||
| ц | ~ у | не отвергается. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 0 | Статистический анализ | полученного | уравнеиия показыва | |||
| ет, | что оно значимо; фактическое | значение | /^-критерия | |||
| равно 1,50'при табличном значении 1,26 | ( | для 5% уровня | ||||
| значимости). | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| Коэффициент | множественной | корреляции | равен 0 ,5 6 . | 
 | |||||
| Далее проверяется значимость коэффициентов регрессии. | |||||||||
| Соответствующие | значения t | -критерия для коэффициентов | |||||||
| регрессии следующие: | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | tas =3,93 | £ а ,а= | 1,75 | 
 | 
 | ||||
| • | i a io=2 ,28 | i a fc | М 2 | 
 | 
 | ||||
| 
 | i a „ = 1,65 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | 6 a. | ’ | 
 | Y ^ o c r'^ it | 
 | 
 | |||
| здесь | 
 | диагональный элемент матрицы, обратной | к | ||||||
| 
 | 
 | матрице системы нормальных уравнений. Вели | |||||||
| ч и н а ^ | имеет | распределение | Стьюдента с | п - р | степе | ||||
| нями свободы. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| Значения | t | -критерия можно | признать значимыми, | если | |||||
| доверительный уровень | ~Ь | взять, | например, 1 ,3 , что | соот | |||||
| ветствует вероятности 0 , 8 . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| Проверим | теперь при помощи критерия | "восходящих" | и | ||||||
"нисходящих" серий независимость отклонений (ошибок). В ре зультате получено:
(265) = 120, 'Т (265) = 12 .
Таким образом, оба неравенства соотношения ( 3 .2 ) нару шаются и гипотезу о независимости отклонений принять нельзя.
| Критерий Дарбина-^отсона | также | показывает наличие ав | |||
| токорреляции отклонений. | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| • Итак, наличие | автокорреляции отклонений | отражает | влия | ||
| ние факторов, не | учтенных в | модели, | то есть | факторов | первой | 
группы, характеризующих расход материалов, свойства запол нителей и цемента»
60
Рассмотрим вторую модель, в которую введены факто ры как первой, так и второй группы.
Основные статистические характеристики изучаемых по казателей также приведены в табл. 3 . 2 , а парные коэффи циенты корреляции - в табл. 3 . 1 . Отметим, что коэффици енты корреляции, не имеющие реального смысла, опущены в табл. 3 .1 (на соответствующем месте расположена пустая клетка).
Было получено следующее уравнение множественной рег рессии .
= Ь'11,50 ■*- 6 , OZXj ' 2 8 ,5 !Х ч + 0 , 19 Хо + 10, 0 1 Х } ~
- 3 , 5 3 Ху ■/-0 ,9 3 Х,с - /, 4 2 Хн - О, ЧС Х,г -1 ,2 .9 Х а ( а . д )
Статистический анализ уравнения показал, что оно значи мо: тактическое значение/-- критерия равно 3.10 при таб личном значении 1,26 (для 5,5 уровня значимости).
Коэффициент множественной корреляции равен 0 ,7 9 . Соответствующие значения t - критерия для коэффициен
тов регрессии следующее:
| ^ = 1 , 7 0 | £ *= 2 , 2 0 | |
| t a 4= | Ь , 6 ь | t a ,,= i, 6 I | 
| tiy - | 3,37 | 1,69 | 
| £,* = | 21 | ^а,.(=2,70 | 
| ta = | 3,01 | 
 | 
Из рассмотрения i -критерия для коэффициентов регрессии можно сделать вывод о достоверности полученно го уравнения.Критерий "восходящих" и "нисходящих" серий позволяет принять гипотезу о независимости ошибок уравне
| ния. | 
 | 
 | 
 | 
| ^ (265) | =180, | 7 Г (265) | = 5 , | 
| т .е . соотношения | (3 .2 ) | выполняются.Критерий Дарбина-Уот- | |
сона позволяет сделать вывод об отсутствии автокорреляции отклонений.
61
о\
го
у з
х з
Ч
ц
■h
\
Л 9
х ю
%
Х1 2
Х13
Таблица 3.1
Матрица первых коэффициентов корреляции бетонной cueси марки М-300
| ! 7 » | : | X | : X | : | X | : X | . X | : | X | : | X | : | X | : | X | 
| . | 3 . ’ 4 • : | I | : 7 | : 9 | : | 10 | : | I I | : | 1 2 | : | 13 | |||
| ' I | 
 | 0 , 1 8 | - 0 , 5 9 | 
 | 0 , 4 1 | 0 ,5 0 | - 0 , 4 5 | 
 | 0 , 1 2 | 
 | - 0 , 1 6 | 
 | - 0 , 4 0 | 
 | - 0 , 4 8 | 
| 
 | 
 | I | 
 | 
 | 0 , 1 1 | - | - | 
 | - | 
 | - | 
 | - | 
 | - | 
| 
 | 
 | 
 | I | 
 | - 0 , 3 7 | - 0 , 0 7 | 0 , 1 4 | 
 | - 0 , 0 8 | 
 | - 0 , 0 1 | 
 | 0 ,3 0 | 
 | 0 , 3 1 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 0 , 2 5 | - 0 , 3 9 | 
 | - 0 , 1 5 | 
 | - 0 , 1 8 | 
 | - 0 , 5 0 | 
 | - 0 , 4 9 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | - | 
 | - 0 , 2 3 | 
 | - 0 , 1 0 | 
 | - 0 , 1 0 | 
 | - 0 , 2 7 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 
 | 0 ,3 8 | 
 | 0 ,2 3 | 
 | 0 , 4 0 | 
 | 0 , 5 7 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 
 | 0 ,4 0 | 
 | . - 0 , 0 1 | 
 | 0 , 4 4 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 
 | 0 , 1 4 | 
 | 0 , 1 5 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 
 | 0 ,5 0 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | I | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | Таблица 3.2 | 
| Статистические характеристики | бетона | |||||
| 
 | 
 | 
 | марки М-300 | 
 | 
 | |
| Факторы | .'Единицы:Средние | ‘ Среднее | • | Коэффициент | ||
| •измере-:значения:квадра- | : | вариации | ||||
| 
 | : | ния | : | .тичес- . | 
 | |
| 
 | : | 
 | : | *кое от- | : | 
 | 
| 
 | 
 | : клонение* | 
 | |||
| 
 | 
 | кг/см | р | 38,78 | 
 | 9,99 | 
| уз | 
 | 388,07 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| х з | 
 | г | 1,73 | 0,36 | 
 | 20,64 | 
| *4 | 
 | % | 9,50 | 0 , 6 8 | 
 | 7,15 | 
| *5 | 
 | % | 28,06 | 0,91 | 
 | 3,25 | 
| х 7 | 
 | ? | 19,40 | 0,3 9 . | 
 | 2 , 2 0 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| х 9 | 
 | °С | 22,95 | 2,97 | 
 | 12,92 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| О X | 
 | °С | 24,74 | 1,67 | 
 | 6,77 | 
| М | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| h i | 
 | °С | 23,72 | 2,19 | 
 | 9,22 | 
| hz | 
 | ° с | 87,17 | 4,60 | 
 | 5,27 | 
| XI3 | 
 | ° с | 87,45 | 4,16 | 
 | 4,76 | 
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
Проверка по критерию ?Сг дает возможность принять гипо тезу о том, что ошибки уравнения распределены по нормально му закону.
Итак, ошибки уравнения распределены нормально с мате матическим ожиданием 0 и средним квадратическим отклоне нием 6 ,4 6 .
Следовательно, полученное уравнение множественной рег рессии ( 3 .3 ) может быть использовано для прогнозирования значений прочности нормального хранения У для смеси марки У-800 в диапазоне проведенных наблюдений.
63
При отыскании оптимальных с экономической точки зре ния составов бетона следует в качестве аргументов регрес сионных моделей вводить лишь управляемые факторы, так как только этими факторами оператор имеет возможность свободно варьировать.
§ 3 . Некоторые проблемы построения и интерпретации регрессионных уравнений и пути их решения
При построении и интерпретации уравнений регрессии часто возникают проблемы, требующие рассмотрения целой совокупности взаимосвязанных вопросов, каждый из которых не может быть решен последовательно, обособленно от друго го. Все они связаны с выбором регрессионной модели, адек ватной изучаемому процессу, а также оценкой и интерпретаци ей полученных параметров (коэффициентов регрессии и корре ляции).
Выбор адекватной регрессионной модели осуществляется на основе критериев значимости для получаемых параметров (коэффициентов регрессии, множественного коэффициента кор
реляции и др.).Обычно, если исследуется уравнение регрессии вида
| U = 0cf + f)Xi | *- ЬгХг ^ | ■ | + Ьр | 
 | (3.4) | 
| то подсчитываются стандартные квадратические отклонения | |||||
| коэффициентов регрессии | 6 ^ и | используют | i | -критерий для | |
| оценки надежности каждого коэффициента регрессии. | |||||
| Для проверки существенности отличия от нуля коэффициен | |||||
| та множественной | корреляции используется | F | -критерий | ||
| F | - A - | 4 z £ | , | 
 | где | 
| 1 | 1 - R 2 | 0 4 | 
 | 
 | |
| 
 | 
 | 
 | |||
П-число наблюдений,
р-число переменных.
64
В иодели остаются те переменные, значения которых больше некоторого критического значения F -распределения при наличии существенности отличия от нуля коэффициента мно жественной корреляции.Примеры такого анализа даны в пре дыдущем параграфе.Однако в ряде случаев возникают ситуа ции, при которых бывает трудно выбрать модель на основе описанных критериев, т . к . анализ указанных величин дает на первый взгляд противоречивые результаты.
Отметим, что построение модели, адекватной рассмат риваемому процессу, не представляет собой разового акта, это процесс, в результате которого происходит отыскание
иодели, более адекватной, точно отражающей основные зако
| номерности изучаемого процесса. | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||||
| Выбор адекватной регрессионной модели тесно взаимо | ||||||||||
| связан с вопросами ложной корреляции и мультиколлинеар | ||||||||||
| ности.В работе делается попытка рассмотреть эти вопросы | ||||||||||
| во взаимосвязи, | с | точки | зрения | адекватности | регрессионной | |||||
| модели изучаемого | процесса. | 
 | 
 | 
 | 
 | |||||
| При проверке | значимости | коэффициентовг регрессии и мно | ||||||||
| жественного коэффициента корреляции возможны следующие | ||||||||||
| случаи | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| D | г | и | все | 
 | значимые; | 
 | 
 | 
 | ||
| 2) | 
 | и некоторые, | но не | все | ь | значимые; | ||||
| 3) | я | значимей, но | ни один из | in. | незначимое; | |||||
| 
 | 
 | 
 | ’ з | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |
| * ) | X | незначимое, | все | значимые; | 
 | |||||
| 5) | Ц* | незначимое, | некоторые | 
 | значимые, но не все; | |||||
| 6 ) Ии | Щ | , | ни | h | незначимые. | 
 | 
 | 
 | ||
| Известно, | что критерий | проверки | значимости множествен | |||||||
ного коэффициента корреляции точно эквивалентен критерию того, что все коэффициенты регрессии одновременно являют
ся нулем*'.Другими словами, из условия значимости множест-
| 1. | С ги т ее С ГПSignificance. ТсьTs a n d Test о} fffodels in | 
| 
 | multiple. Re.02.eis,сп, —'Ttie CLmeoicur) Statistician", | 
| 
 | 19 П , v o L ? Z 6 , „ ' 4 . | 
| 2 . | Андерсон 1 '. Ввведение в многомерный статистический | 
| 
 | анализ,М.,Физматгиз, 1963. | 
65
венного коэффициента корреляции следует, что один или
более рассматриваемых коэффициентов регрессии отличны от
| нуля. А из условия, | ч т о И : U следует вывод, | что все | коэф | |||||||
| фициенты регрессии | 
 | нули. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | |||
| 
 | Тогда в случаях | 4 ,5 и 6 | рассматриваемая модель не го | |||||||
| дится для предсказания значений фактора | у | . С | точки | |||||||
| зрения выбора модели, проверяя значимость отличия от ну | ||||||||||
| ля | мы сравниваем | выбранную модель, с моделью, в | которой | |||||||
| все | коэффициенты регрессии | равны нулю и получаем, | что в | |||||||
| случаях 4 ,5 ,6 | они | не | имеют | значимого различия. Другими сло | ||||||
| вами выбранная | модель | бесполезна. | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| 
 | В сдучае I модель монет | быть использована для анали | ||||||||
| за | изучаемой взаимосвязи и | прогнозирования фактора | у . | |||||||
| В случаях 2 и 3 следует попытаться видоизменить модель | ||||||||||
| путем последовательного исключения переменных, при кото | ||||||||||
| рых коэффициенты регрессии | незначимые, и введения | значи | ||||||||
| мых переменных. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 
 | Однако может случиться, | что изменение | полученной моде | |||||||
ли не дает результатов. Объяснение этого явлении можно дать
| следующее. | Известно, | что | для | некоррелированных | переменных | ||||||
| между | F | -критерием | и | t | -критериями для | коэффициентов | |||||
| регрессии | а .,,с х г , | 
 | , a . s | имеется | связь F - | t ‘/ | /S | > | |||
| где | t i | -значение | t | -критерия | Стыпдента для L | -го | |||||
| коэффициента регрессии. | Если | все значения | ti | равные, | то | ||||||
| мы.имеем | i~ = t . | Для | случая | коррелированных переменных | |||||||
| зависимость между | F | и | t t | более | сложная. | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
Однако как в случае коррелированных, так и некоррели рованных между собой перемонных будет верно следующее. Каж дое независимое переменное может вызывать довольно не
| значительный эффект, т . е . | оказывать | довольно слабое воздей | ||||
| ствие | на | переменную | у | , однако несколько эффектов,взятых | ||
| от ряда переменных Х^, Х2 , . . . . | Xs , | сложенные вместе,могут | ||||
| дать | значимое значение | F | , | т . о . | множественный коэффици | |
| ент корреляции будет значим, а, следовательно, получаем | ||||||
| значимое | уравнение регрессии. | В этом случае может оказать- | ||||
66
ся, что невозможно исключить одно переменное или сово купность переменных и получить значимый множественный ' коэффициент корреляции (значимое уравнение регрессии).Поэ тому наряду с проверкой значимости каждого коэффициента
| регрессии, | по формуле | целесообразно | проверять | 
| значимость | совокупности | переменних X j, Х2 , . . . | Х4> к о т о  | 
| рые на основе L -критерия должны быть исключены из мо | |||
дели. Такую проверку можно осуществлять на основе значи
| мости множественного коэффициента корреляции этих | S | |
| переменных. | 
 | |
| Если | множественный коэффициент корреляции незначим, то | |
| все эти | переменные следует исключить из модели. В | про | 
тивном случае нужны дополнительные исследования: возмож но ли исключить часть из рассматриваемых переменных или оставить все эти переменные? Для этого проверяют значи
| мость | коэффициента корреляции для некоторых подгрупп со | |||||
| вокупности | переменних. | 
 | 
 | |||
| ь | наших | исследованиях выявлялась | зависимость | проч | ||
| ности | бетона от ряда факторов, на него влияющих. Для бе | |||||
| тона | марки М-200 | была построена регрессионная модель, по | ||||
| результатам | 1 2 | 0 | наблюдений. | 
 | 
 | |
| У3 | = 600,5 | + | 5,25 Х3 - 25,30Х4+0,85Х6+10,01Х7 | - 3,25 Х 9+ | ||
| 
 | +0,65Xj q | - 2,40Xj-j- 0,25 X j j | , | 
 | ||
где У3 - прочность бетона нормального хранения, кг/см^,
Х3 - содержание примесей, %
Х^ - содержание воды, %
Хб - содержание песка, %
Х7 -содержание цемента, $
Х9 - температура смеси, °С
Xj q - температура хранения образцов 1-3 день, °С,
67
