
книги из ГПНТБ / Рыжов, П. А. Математическая статистика в горном деле учеб. пособие
.pdfраспределения имеет место зависимость: |
|
x 0 = ß ( a + I ) , |
(3.11) |
ffx=ßVa+l.. |
(3.12) |
В практических приложениях обычно используют не полную гамма-функцию, которая получается заменой в
формуле (3.10) -jj- на z:
ѵ ( г ) = т ^ Ѵ і ) 1 ' ог а ' е ~ г , г і 2 , |
{ З Л З ) |
Значения неполной гамма-функции, вычисленные по формуле (3.13), приведены в специальной таблице (см. приложение I I I ) .
Плотность вероятности гамма-распределения |
при |
|||
,ѵ>0 определяют по формуле |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
у(х)=: |
- |
ха-е9 , |
(3.14) |
|
при л' = 0 |
Г(а + 1)-Ва +1 |
|
^ |
; |
Ф(0) = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В зависимости от соотношения |
параметров а и ß кри |
|||
вая распределения |
плотности имеет различный вид (рис. |
35). При больших значениях параметра а нормирован ная величина приближенно следует нормальному закону.
Закон |
Пуассона также |
может |
быть |
выражен |
через |
|
гамма-распределение. |
|
|
|
|
|
|
Формулы (3.11) и (3.12) |
позволяют определять |
значе |
||||
ния параметров а и ß для эмпирического |
распределения. |
|||||
Вычисление параметров гамма-распределения и зна |
||||||
чений его вероятностей рассмотрим на примере 3.6. |
|
|||||
Пример 3.6. В табл. 24 приведены данные о разубожи- |
||||||
вании при отработке |
некоторых |
блоков |
на руднике Те- |
|||
мир-Тау*. |
|
|
|
|
|
|
Среднее значение величины разубоживания по дан |
||||||
ным табл. 24 составило Х='4%; |
стандарт ст=2,6%. |
|||||
* Л. И. |
Р а й с к и й. |
Исследование |
взаимозависимости |
между |
||
отдельными |
компонентами |
в железных рудах месторождений |
Горной |
Шорни. Диссертация на соискание ученой степени кандидата техни ческих наук, 1961.
—100 —
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 24 |
||
Р а з у б о ж н - |
|
|
m |
|
|
|
|
|
mi |
mV-' г |
|
Л" |
|
|
Вероятно |
Ч а с т о |
||
нанне, и |
|
|
|
|
- 3 , 5 |
|
|
|
т |
К*) |
сти р. |
сти Pf |
||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|||||||||||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
S |
|
4 |
5 |
6 |
|
|
|
7 |
8 |
|
9 |
0— 1 |
|
20 |
|
|
|
—3 |
—60 |
— 180 |
0,58 |
0,067 |
0,067 |
0,100 |
||||||
1,1—2 |
|
31 |
|
|
|
- 2 |
- 6 2 |
124 |
1,18 |
0,232 |
0,165 |
0,155 |
||||||
2,1— |
3 |
|
34 |
|
|
|
— 1 |
- 3 4 |
34 |
1 ,77 |
0,418 |
0,186 |
0,170 |
|||||
3,1— |
4 |
|
30 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
2,36 |
0,584 |
0,166 |
0,150 |
|||||
4,1— |
5 |
|
23 |
|
|
|
|
1 |
23 |
23 |
2,94 |
0,712 |
0,128 |
0,115 |
||||
0,1— |
6 |
|
17 |
|
|
|
2 |
34 |
68 |
3,53 |
0,808 |
0,096 |
0,085 |
|||||
6,1-^ |
7 |
|
14 |
|
|
3 |
42 |
84 |
4,12 |
0,875 |
0,067 |
0,070 |
||||||
7,1— |
8 |
|
11 |
|
|
|
4 |
44 |
176 |
4,71 |
0,919 |
0,044 |
0,055 |
|||||
8 , 1 - 9 |
|
8 |
|
|
|
5 |
40 |
200 |
5,30 |
0,947 |
0,028 |
0,040 |
||||||
9,1-10 |
|
6 |
|
|
|
6 |
36 |
216 |
5,88 |
0,967 |
0,020 |
0,030 |
||||||
10,1-11 |
|
3 |
|
|
|
7 |
21 |
147 |
6,48 |
0,980 |
0,013 |
0,015 |
||||||
11,1—12 |
|
2 |
|
|
|
8 |
16 |
128 |
7,06 |
0,987 |
0,007 |
0,010 |
||||||
12,1-13 |
|
1 |
|
|
9 |
9 |
81 |
7,65 |
0,992 |
0,005 |
0,005 |
|||||||
|
|
200 |
|
|
|
|
|
109 |
1461 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найдем значения параметров гамма-распределения. |
||||||||||||||||||
Из равенства |
|
(3.12) |
можно написать: |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(XV |
— 1 ; ß = |
X |
|
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
а = ( — |
|
|
|
|
|
|
|||||||
В нашем примере |
\ |
а' |
н |
<х+1 |
' |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
а' = |
/ |
|
4 |
\ |
2 |
|
1,37; |
ß = |
4 |
|
= |
1,70. |
|
|
|||
|
|
|
— |
|
— 1 = |
— |
|
|
||||||||||
|
|
|
^ 2 , 6 ' |
|
|
н |
|
2,37 |
|
|
|
|
||||||
Для вычисления теоретических вероятностей гамма- |
||||||||||||||||||
распределения |
воспользуемся приложением I I I . В графе |
|||||||||||||||||
6 табл. 24 вычислены значения |
z |
|
для |
нижних |
границ |
|||||||||||||
классов |
графы |
1. Значения J(z) |
(графа |
7) получены из |
||||||||||||||
приложения |
I I I путем интерполирования. В графе 8 вы |
|||||||||||||||||
числены теоретические вероятности для классов |
эмпири |
|||||||||||||||||
ческого |
распределения. В графе 9 табл. 24 приведены |
|||||||||||||||||
частости — эмпирические вероятности. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Пример 3.7. Определение части |
|
объема |
залежи |
с со |
держанием полезного компонента ниже кондиционного. Отработка залежи запроектирована системой прину дительного обрушения, при которой исключается селек* тивная выемка. По данным эксплуатационной разведки
установлено, что внутри залежи имеются участки с со держанием полезного компонента ниже кондиционного:
В разведочных скважинах было Отобрано 546 равно мерно распределенных по залежи проб. Результаты хими ческих анализов этих проб приведены в табл. 25.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
25 |
Содержание, |
m |
« - i L |
|
Теоретические |
Опытные |
|
Л', |
|
Р |
|
частости р |
частости |
/;' |
|
|
|
|
|
|
|
0,00—0,40 |
118 |
0,80 |
0,225 |
0,225 |
0,218 |
|
0,41—0,80 |
176 |
1,60 |
0,519 |
0,294 |
0,332 |
|
0,81—1,20 |
104 |
2,40 |
0,730 |
0,211 |
0,193 |
|
1,21—1,60 |
66 |
3,20 |
0,854 |
0,124 |
0,121 |
|
1,61—2,00 |
34 |
4,00 |
0,923 |
0,069 |
0,062 |
|
2,01—2,40 |
25 |
4,80 |
0,960 |
0,037 |
0,045 |
|
2,41—2,80 |
11 |
5,60 |
0,980 |
0,020 |
0,020 |
|
2,81—3,20 |
7 |
6,40 |
0,991 |
0,011 |
0,013 |
|
3,21—3,60 |
4 |
7,20 |
0,996 |
0,005 |
0,007 |
|
3,61—4,00 |
1 |
8,00 |
0,998 |
0,003 |
0,002 |
|
|
546 |
|
|
0,999 |
,003 |
Кондиционный минимум для руды по содержанию ме талла установлен 0,55%.
По данным табл. 25 определим, какая часть руды бу дет извлечена при добыче с некондиционным содержани ем. Предполагая, что распределение металла в залежи по данным опробования подчинено гамма-распределению,
найдем |
его параметры а и ß. По табл. 25 определяем: |
|
среднее |
значение для распределения |
металла Х = 0,93%, |
стандарт а = 0,68. |
|
|
Из формулы (3.12) находим: |
|
|
|
0,932 - 1 = 0,85; |
0,93 |
|
0,68 |
|
Вычисление вероятностей для гамма-распределения приведено в табл. 25, откуда следует, что опытные час тости (последний столбец табл. 25) соответствуют теоре тическому гамма-распределению.
Для решения поставленной задачи надо определить вероятность появления пробы с содержанием металла ни же 0,55%.
Очевидно,
Р(х < 0,55) = F(0,55) = / (z = - ^ - ) = /(1,10).
По приложению ІП найдем / (1,10) =0,32. Следовательно, 32% добытой из залежи руды будет
иметь содержание металла ниже кондиционного (0,55%).
9-Wl
0 |
1 2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 0 |
К |
Рис. 35
§ 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ
При математической обработке статистических дан ных о признаках, характеризующих разрабатываемые месторождения и производственные процессы горного предприятия, возникает необходимость нахождения неко торой функции y = f{x) от известной-случайной величи ны X.
Определение плотности вероятности функции у от плотности вероятности исходной непрерывной случайной величины X называют п р е о б р а з о в а н и е м р а с п р е
д е л е н и я . |
|
|
Пусть ф (х) — плотность |
вероятности |
исходной слу |
чайной величины X, a•y=f(x) |
—заданная |
функция от X. |
Обозначим функцию, обратную заданной: |
|
|
Х(У) = |
^(У). |
|
Плотность вероятности у определяем из выражения |
||
q(y) = v[x(y)]x'-(y). |
(3.15) |
— 103 —
Если величина X распределена, например, по нормально му закону
Л ' - '
1
аУ2ъ
афункция у = І X, то обратная функция
Х(У) = У2-
Согласно формуле |
(3.15) |
|
и* |
|
|
|
|
g (у) |
=• |
1 |
2о= dx |
|
сіу |
||
|
|
|
dx
— = 2у, следовательно, dij
-iL
q(ij)=2y—z=~e
Пример 3.8. Для контроля работы химической лабора тории рудника обычно отбирают небольшое число (25—• 50) дубликатов проб. Эти дубликаты посылают на анали зы в контрольную лабораторию. По одному никелевому руднику по данным основной и контрольной лабораторий получена следующая зависимость:
N i K = 0.96NÎO + 0,15.
Распределение |
содержания |
N i 0 по анализам |
основной |
лаборатории приведено в табл. 26. |
Т а б л и ц а 26 |
||
|
|
|
|
Содержание Ni, % |
Число проб |
Содержание N4, % |
Число проб |
0,0—0,2 |
37 |
1,2—1,4 |
71 |
0,2 -0,4 |
201 |
1,4—1,6 |
64 |
0,4—0,6 |
327 |
1,6—1,8 |
25 |
0,6—0,8 |
394 |
1,8—2,0 |
7 |
0,8—1,0 |
284 |
2,0—2,2 |
8 |
1,0—1,2 |
164 |
2,2—2,4 |
1 |
|
|
2,4—2,6 |
2 |
|
|
|
1585 |
|
— 104 — |
|
По данным табл. 26 находим:
N i o = 0,76% и ог = 0,37%.
Из рис. 36 видно, что распределение никеля близко к гамма-распределению. Согласно формулам(3.11)и(3.12), параметры гамма-распределения
а = |
0,76 |
1 = 3,22, |
|
ОД7 |
|||
|
Р
н
=^ 1 = 0,18. 4,22
0,2 |
0,6 |
1,0 |
1Л |
18 |
2,2 |
2,6 N1,% |
|
|
|
Рис. |
36 |
|
|
Плотность вероятности исходного распределения описы вается выражением (3.14).
Найдем распределение Ni, свободное от систематиче ских ошибок.
Основные и контрольные анализы связаны уравнением
Ni„ = a-Nio + b.
Обратная функциях
Nio = N i „ - è
Согласно формуле (3.15) плотность вероятности
<7(NiK): |
1 |
/ N i |
b V |
— |
1 |
Г ( а + 1 ) - р а + 1 |
|
е |
° |
— |
|
|
|
|
|
а |
где а = 3,22, ß = 0,18 и вероятности появления пробы с
содержанием N i 0 и N i K = |
одинаковы, |
|
а |
- 105 -
На рис. 37 приведены кривые |
распределения никеля |
по данным основных анализов (/) |
и исправленных (ис |
ключены систематические ошибки) |
(2). |
В рудах некоторых месторождений существует устой чивая связь между объемным весом руды (/) и содержа нием в ней металла (С). В угольных пластах наблюдает ся устойчивая связь между содержанием зольности (С) и объемным весом (у). Объемный вес.обычно определяют пробной вырубкой по небольшому числу определений. Среднее значение объемного веса можно вычислить как математическое ожидание его распределения. Последнее можно найти по распределению случайной величины С и по установленной зависимости между объемным весом и содержанием компонента.
0,2 Ofi 0,6. 0,8 1,0 1,2 |
/Л 7,6 1,8 2,0 2,2 х(№,%) |
Рис. |
37 |
Логнормальное распределение. В вариационных рядах |
признаков с резко асимметричным распределением нор мальному закону распределения подчиняются не сами численные значения признака, а их логарифмы, т. е. рас пределение таких признаков следует логнормалыюму закону распределения.
Замена переменной ее логарифмом позволяет более обоснованно применять дисперсионный анализ, разрабо танный для статистических данных с нормальным рас пределением.
Логнормальный закон используют для описания рас пределений содержаний редких металлов и золота с низ кими значениями содержании и низким средним их зна чением. Этот закон неприменим для описания, например, железорудных месторождений с средним содержанием железа выше 50%.
При статистических исследованиях удобнее иметь де ло с нормальным распределением, свойства которого хо рошо изучены. При обработке данных опробования или данных замеров мощностей залежи с асимметричным
— 106 —
распределением рассматривают не сами содержания или мощности, а их логарифмы ( l g * или In*) .
Дисперсия логарифмов содержания и стандартное от клонение служат показателем относительной контрастно сти.
О 0,3 0,9 15 2,1 2,7 Мощность пласта, м
а.)
|
1,5 |
0,0 |
Ц5 |
|
|
|
Логарифм мощности |
пласта |
|
||
|
|
ff) |
|
|
|
|
Рис. |
38 |
|
|
|
Дисперсию определяют по формуле |
|
||||
|
1 |
|
|
|
(3.16) |
ОЪ = |
— 2 j m i 0 n |
xi |
~ l |
n ^med) . |
|
Кривая и |
гистограмма |
распределения |
логариф |
||
мов признака |
имеет вид |
к'олоколообразной |
кривой |
(рис. 38, б), характерной для нормального закона. Кри вая распределения самих признаков (мощность, содер жание, производительность и т. д.) имеет асимметричный вид (рис. 38, а).
На рис. 39 приведены кривые распределения частот серебра: а — эмпирическая с резко выраженной асиммет-
— 107 —
рией; 6 — логарифмическая нормальная, построенная как
функция от первой |
(y = l n A g ) . |
|
m |
|
m |
200 |
|
200 |
180 |
|
ШО |
740 |
|
ШО |
ЮО |
|
|
60 |
|
60 |
20 |
|
20 |
0 J0 |
90 150 |
• О |
210 270Ла,г/іп 0,95 2,85 4,75 6,65 In Ад |
||
|
а) |
-5) |
|
|
Рис. 39 |
В случае лопіорыалыіого распределения признака ве личины среднего (X) и медианного значения признака (^тссі) связаны следующими соотношениями:
|
_ |
2 |
|
|
|
"in |
|
|
|
|
X=xmcà-e |
2 |
, |
(3.17) |
|
In (X) = In .v'mcd + |
0,2ï7c4 |
(3.18) |
|
где e = 2,718 — основание |
натуральных |
логарифмов; |
||
am — логарифмическая дисперсия |
признака. |
|||
На |
рис. 40 изображены |
кривые распределения мощ |
||
ности |
залежи: / — в нормальных |
и 2 — в |
логарифмиче |
|
ских |
координатах. |
|
|
|
|
0,30 |
|
|
|
Рис. 40
Г л а в а 4 ПРОВЕРКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ
§ 1. КРИТЕРИИ ПРОВЕРКИ ГИПОТЕЗ О ВИДЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Эмпирическое распределение варьирующего призна ка в сравнительно большой выборке приближается к тео ретическому распределению. Однако полного совпадения этих распределений не наблюдается.
Степень близости эмпирического распределения к тео ретическому проверяется несколькими критериями, одним из которых является критерий акад. А. Н. Колмогорова. Последний может быть использован также для проверки гипотезы о принадлежности двух выборок одной и той же совокупности.
При известных параметрах теоретического распреде ления варьирующего признака максимум отклонения эм пирической функции F(x) от теоретической F(x), соглас но теореме Колмогорова, подчиняется определенному за
кону kk. При сравнении |
распределения |
величину X |
вычисляют по формуле |
|
|
l = |
Dmax-in, |
(4.1) |
где'Dmax—максимальная разность накопленных частостей эмпирического и теоретического распределений;/! — число наблюдений в опытном распределении.
Если окажется, что Апах-У п превосходит А*, опреде- • ляемое с помощью распределения k-К, то считают, что опытное распределение противоречит данному теоретиче скому. Значения %h для некоторых уровней значимости k
в процентах приведены в табл. 27.
— 109 —