 
        
        книги из ГПНТБ / Гришин В.К. Статистические методы анализа результатов измерений учеб. пособие
.pdf 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА
ІІАУЧНО-ИСЮЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ОТДЕЛЕНИЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА МГУ
В.К.ГРИШИН
СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
(учебное пособие)
Издательство МГУ Москва 1973
— Т О С Г П У Б Ж Ї Ч : .. •.І I " J
Рвцеьаенты:
-доктор фиэ.-мат.яаук, профессор
А.А. Колоиенсшй
-кандидат фва.-мат.наук
И. М. Капитонов
| 
 | 
 | 
 | 
 | - з | - | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | 
 | О Г Л А В Л Е Н И Е | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| Предисловие | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 5 | ||
| Глава | I . Случайные величины и способы | их описания | 
 | 6 | |||||
| § | I . Случайные | величины | 
 | 
 | . | 
 | б | ||
| § 2. | функции случайных величин. Центральная предель | ||||||||
| 
 | 
 | ная теореиа | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 23 | |
| 
 | 3. | Некоторые | специальные | распределения.. | 
 | 31 | |||
| Глава | П. Эксперимент и статистическая | оценка параметров | |||||||
| 
 | распределения. | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | Зь* | ||
| § | 4. Эксперимент и достоверность наблюдений | 
 | 39 | ||||||
| § | 5. | Доверительный | интервал и доверительная | вероят | |||||
| 
 | 
 | ность | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ..... 4 0 | 
| § | б, | Схема эксперимента, выборочный метод и | задачи | ||||||
| 
 | 
 | статистики | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 44 | 
| § 7. Принцип максимального правдоподобия | 
 | 46 | |||||||
| § | 8. Оценка параметров физичеокюс распределений | 48 | |||||||
| § | 9, | Достоверность оценки диопероии нормального рас | |||||||
| 
 | 
 | пределения, | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 53 | |
| § | 10. Достоверность | оценки | среднего | генеральной | 
 | ||||
| 
 | 
 | совокупности | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 5? | |
| § | П . Достоверность | оцьгічи | среднего | луаоооновского | |||||
| 
 | 
 | процесса | 
 | 
 | , | 
 | 
 | 
 | 62 | 
| Глава Ш. Статистическая | проверка | г и п о т е з . . . . . . | 
 | 68 | |||||
| § | 12. | Критерий | значимооти | 
 | 
 | 
 | 
 | 68 | |
| j ІЗ, Альтернативные гипотезы. Мощнооть критерия | ,72 | ||||||||
| § | 14, | Проверка | раопределения | 
 | , , , , , | 
 | « , , , 7 8 | ||
| § | IS , | Сравнение | дисперсий | , | 
 | , , . . . , , . . , . . . . . . , 8 5 | |||
| § | 16, | Сравнение | оредних,.., | 
 | , . , , , , , , . , . . , . . . . , , , , 9 5 | ||||
| § | 17. | Сравнение средник при бедной статистике | 103 | ||||
| § | 18. | Анализ грубых | ошибок | . . . . . . . . | 107 | ||
| Глава | ІУ. Регрессионный | анализ | 
 | 
 | I I I | ||
| § | 19. | Стохастическая | зависимость | 
 | I I I | ||
| § | 20. | Регрессионный | анализ. Метод | наименьших | 
 | ||
| 
 | 
 | квадратов | 
 | 
 | 
 | 
 | ИЗ | 
| § 21. Оценка линии регрессии | 
 | II8 | |||||
| § 22. Дисперсия коэффициентов регрессии.... | 123 | ||||||
| § | 23. | Достоверность | оценки | кривой | регрессии.. | 132 | |
| § | 24. | Влияние погрешностей | в определении аргу | 
 | |||
| 
 | 
 | мента | 
 | 
 | 
 | 
 | 137 | 
| § | 25. | Дополнительные | замечания | 
 | 141 | ||
| Глава У. Некоторые вопросы планирования | эксперимента...147 | ||||||
| § 26. | Оптимальное распределение времени наблю | 
 | |||||
| 
 | дений | 
 | 
 | 
 | 
 | 147 | |
| § | 27. | Выбор точек | наблюдений. | 
 | 153 | ||
| § | 28. | Последовательное планирование | 160 | ||||
| Дополнение. | Определение | интенсивности источника | 166 | ||||
| Литературе. | 
 | 
 | 
 | < | 
 | 169 | |
| Приложение. | Таблица | \Г*-кивнтилвГ | 
 | 170 | |||
Настоящий курс посвящен изложению методов статистическо
го анализа результатов измерений. Это один из актуальных воп
росов математической интерпретации эыпиричеоких данных, по
скольку статистический материал подчас является единственным
| объективный | источником информации об исследуемых | процессах. | ||
| В курсе | рассцлриваются | основные | методы статистического | |
| анализа и их | применение для | наиболее | характерных | задач, встре | 
чающихся в практике эксперимента. При этом основное внимание
уделяется развитию концепции статистического описания резуль
татов наблюдений. Теоретический материал широко иллюстрирует
ся численными и графическими примерами и дополнительными за
дачами.
В целом алтор стремился к разумному сочетанию доступ
ности изложения и научной строгости. Для более детального оз 
накомления с отдельными вопросами можно обратиться к специаль
ной литературе, список которой прилагается.
Автор выражает благодарность М.З.Шталь за большую помощь
R работе по подготовке в печать курса лекций.
Г Л А В A I
СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Результаты, получаемые в экспериментах, по своему ха
| рактеру являются случайными. Это обусловлено | либо | статисти | |
| ческой природой самого исследуемого явления, | либо | различны | |
| ми случайными | во гдейотвиями, которые неконтролируемо вносят- | ||
| оя в процеосе | измерений. Неудивительно, что | доже | в простей | 
ших экспериментах причинно-следственная связь между отдель-
иыш компонентами явлений оказывается подчас настолько за 
вуалированной, что установление ее становится возможным лишь
после кропотливого анализа. Такой анализ проводится о по-
моцью методов математической статистики, изучающей законо
мерности совокупностей олучайньос событий.
Ниже отмечаются основные свойотва случайных явлений и
способы их описания.
§I . Случайные величины
І. І . Случайные события; вероятности случайных событий
| Математическая | статистика | оперирует | с множеством со  | |
| бытий А , 3 | , | С »•••• . | наблюдение | которых зависит | 
от случайных причин. Важнейшей характеристикой случайного события являетоя вероятность р его наблюдения. Послед
няя может бить определена как средняя частоте появления дан ного события при многократной (в пределе - бесконечной) реализации условий его наблюдения. Достоверные события нме-
| ют вероятность, | равную | одинице; | для невозможных событий ве  | ||||||||||
| роятность равна нулю. Вероятность произвольного случайного | |||||||||||||
| события | А | еоть | положительное | число, | не | превосходящее | |||||||
| единицы: | 
 | О * | р(А) | 
 | * | і . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| Среди различных событий различат совместные я несов | |||||||||||||
| местные | ообытия, | смотря | по току, | могут | ли они осуществлять | ||||||||
| ся в одном | и той же испытании. Если события | неоовместны, то | |||||||||||
| вероятность их одновременного наблюдения равна нулю. Типич | |||||||||||||
| ным примером несовместных событий являются противоположные | |||||||||||||
| события | А | і | А | 
 | , | где | А | означає», | например, отсут  | ||||
| ствие | события | 
 | А | 
 | • Вместе о тем,совокупность событий | ||||||||
| А * А | представляет | 
 | собой достоверное событие (либо "да", | ||||||||||
| либо "нет"), вероятность которого равна едивице: | р(А)+р(А)»4. | ||||||||||||
| Отсюде | 
 | р(А~)* | і - | р(А). | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| Для совместных | 
 | событий | А 4 , А 4 , . . . | вероятность | их однов | ||||||||
| ременного | наблюдения | не больше, | чей вероятность наблюдения | ||||||||||
| каждого | из | событий | в отдельности, т . е . p M / A j - - - ) | < р(Аи). | |||||||||
| Степень последнего неравенства определяется величиной | |||||||||||||
| условно! | вероятности | p M , / A j ) | наблюдения одного ИЗ 00- | ||||||||||
| бытий | 
 | А , | при уоловии появления второго | события | А 4 . | ||||||||
| С помоцыо отой величины вероятность наблюдения двух случай | |||||||||||||
| ных событий можно определить | как произведение вероятности | ||||||||||||
| одного | события | и условной вероятности наблюдения другого о о  | |||||||||||
| бытия | (по отношению к первому): | р(А-Аг) | - | p(AjАл)-р(А^). | |||||||||
Случайные события являются независимыми, если появление одного из них не оказывается на вероятности наблюдения дру гих. Условные вероятности независимых событий совпадают с ве-
роятностямн наблюдения кандого из событий. Поэтому вероят ность осуществления независимых событий равна произведению
| вероятностей событий: р(А4-А | Ак)~ p(At)-р(Аг)-...-p(AJ, | 
Вчастности, р(А•...- А) = р"(А).
1.2.Случайная величина; распределение случайной
величины
В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением множества со бытий, состоящих в появлении того или иного числа. Такое множество удобно описывать с помощью понятия случайной вели чины.
Случайной величиной у или стохастической переменной
называется ~эличииа, наблюдаемое значение которой зависит от случайных причин. Полный набор всех возможных значений, ко торые принимает случпйная величина у , называется гене
ральной совокупностью. Генеральная совокупность может пред ставлять собой либо непрерывный континуум, либо набор диск ретных значений.
Стучайная величина характеризуется полностью, если ука
заны вероятности, с которыми она может принимать те или иные
| значения | из генеральной совокупности. Эти вероятности описы- | ||||
| вяются о | помощью функции распределения. Функция распределе | ||||
| ния олучайной величины | у | определяется как вероятность | |||
| того, что наблюдаемое значение | у | меньше числа у' | , т . е . | ||
| 
 | F(y') | * Р(у<у'). | 
 | ( 1 - і ) | |
Функцию распределения ножно определить для любой олу чайной величины, независимо гт характера ее генеральной со вокупности (дискретной или непрерывной, конечной или беско нечной).
| 
 | 
 | 
 | 
 | - У | - | 
 | 
 | 
| |j | сьответствии с | определением | 
 | 
 | |||
| 
 | 
 | О | « | Fly') | * 1 , | 
 | ( 1 . 2 ) | 
| причеп | F(y | — « - - o o ) - » 0 t | a f-(y'—»oo)-»/. | Здесь под сим | |||
| волами | ± oo | понимаются | максимальное | и минимальное значения, | |||
| допускчеше | генеральной совокупностью. | 
 | 
 | ||||
| Для непрерывных | случайных | величин | функция распределряия- | ||||
гладкая функция, для дискретных величин функция распределения ш„еет характерный ступенчатообразный вид (рис.1а и 16).
Л
Рис.1а. Функция распределения непрерывной случайной величины.
У-1 у-, о %
Рис.16. Функция распределения диокретноА случайно! величины.
