Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Маршак, М. И. Теория технологической статистики

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
4.65 Mб
Скачать

потезу 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

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ