- •Государственный стандарт российской организации статистические методы
- •Часть 1. Нормальное распределение
- •Содержание
- •Введение
- •Государственный стандарт российской федерации
- •2 Нормативные ссылки
- •3 Определения
- •4 Обозначения и сокращения
- •5 Общие требования
- •6 Точечное и интервальное оценивание математического ожидания генеральной совокупности
- •7 Точечное и интервальное оценивание дисперсии генеральной совокупности
- •8 Точечное и интервальное оценивание доли распределения случайной величины в заданном интервале*
- •Приложение а (справочное)
- •Приложение б (справочное)
- •Приложение в (справочное)
- •Приложение г (справочное)
8 Точечное и интервальное оценивание доли распределения случайной величины в заданном интервале*
___________
* Доля распределения случайной величины в заданном. интервале равна вероятности попадания случайной величины в этот интервал. В большинстве практических задач физический смысл имеет понятие «доля распределения случайной величины в интервале», используемый в данном стандарте, хотя все приведенные статистические выводы справедливы и для «вероятности попадания случайной величины в интервал».
(Измененная редакция, Изм. № 1).
8.1 Алгоритм вычисления доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при известных параметрах нормального распределения приведен в таблице 8.1.
Таблица 8.1 - Вычисление доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при известных параметрах нормального распределения (вспомогательный алгоритм)
|
Исходные данные |
Табличные данные и вычисления |
|
1 Среднее значение (математическое ожидание): m0= |
1 Пересчитанная для стандартного нормального закона эквивалентная нижняя граница интервала:
|
|
2 Стандартное отклонение s0= или дисперсия D0=s20= |
2 Пересчитанная для стандартного нормального закона эквивалентная верхняя граница интервала:
|
|
3 Границы интервала: нижняя L= верхняя М= |
3 Доля распределения случайной величины, лежащая ниже границы L: qL=Ф(uL) Если Lне задано, тоqL= 0 |
|
|
4 Доля распределения случайной величины, лежащая выше границы М: qM=Ф(-uM) Если Мне задано, тоqM= 0 |
|
Результаты: | |
|
1 Доля распределения случайной величины вне интервала [L,M]: q=qL+qM | |
|
1 Доля распределения случайной величины в интервале [L,M]: p= 1 -q | |
|
Примечание - Величины Ф(uL) иФ(-uM) представляют собой значения функции стандартного нормального закона распределения, которые определяют потаблице А.1 приложения А | |
Для решения данной задачи не используют выборочные данные, а значения параметров mиs2считают известными.Таблица 8.1содержит вспомогательный алгоритм для решения задач 8.2-8.9.
Пример - Оценка ожидаемого уровня несоответствий показателя качества продукции (уровня несоответствий) при настройке станка на середину поля допуска или номинальное значение и известной точности s20.
8.2 Алгоритм точечного оценивания доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при известном стандартном отклонении или дисперсии приведен в таблице 8.2.
Таблица 8.2 - Точечная оценка доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при известном стандартном отклонении или дисперсии
|
Статистические и исходные данные |
Табличные данные и вычисления |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Точечная оценка среднего значения:
|
|
2 Стандартное отклонение: s0= или дисперсия D0=s20= |
2 Пересчитанные для стандартного нормального закона эквивалентные границы интервала:
нижняя:
верхняя:
|
|
3 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
3 Точечная оценка доли распределения случайной величины, лежащей ниже границы L(см.таблицу 8.1)
Если Lне
задана, то
|
|
4 Границы интервала: нижняя L= верхняя M= |
4 Точечная оценка доли распределения случайной величины, лежащей выше границы М(см.таблицу 8.1)
Если Мне
задана, то
|
|
Результаты: | |
|
1 Точечная оценка доли распределения случайной величины вне интервала [L,М]:
| |
|
2 Точечная оценка доли распределения случайной величины в интервале [L,М]:
| |
|
Примечание
- Величины
| |
Пример - Оценка уровня несоответствия показателя качества продукции, который следует ожидать при работе станка или технологического процесса при установленном допуске и неизвестном уровне настройки. При этом считают, что точность станка или технологического процесса известна или достаточно точно оценена заранее.
8.3 Алгоритм точечного оценивания доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при неизвестной дисперсии приведен в таблице 8.3.
Таблица 8.3 - Точечная оценка доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его при неизвестной дисперсии
|
Статистические и исходные данные |
Табличные данные и вычисления |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Точечная оценка среднего значения:
|
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
2 Вычисляем:
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
3 Точечная оценка стандартного отклонения:
|
|
4 Границы интервала: нижняя L= верхняя М= |
4 Пересчитанные для стандартного нормального закона эквивалентные границы интервала
нижняя:
верхняя:
|
|
|
5 Точечная оценка доли распределения случайной величины, лежащей ниже границы L(см.таблицу 8.1):
Если Lне
задана, то
|
|
|
6 Точечная оценка доли распределения случайной величины, лежащей выше границы М(см.таблицу 8.1):
Если М не
задана, то
|
|
Результаты: | |
|
1 Точечная оценки доли распределения случайной величины вне интервала [L,М]:
| |
|
2 Точечная оценка доли распределения случайной величины в интервале [L,М]:
| |
|
Примечание
- Величины
| |
Пример тот же, что и в 8.2, но точность станка или технологического процесса неизвестна.
8.4 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в одностороннем интервале выше заданной нижней границы Lприведен втаблице 8.4. Таким образом определяют верхнюю доверительную границуqвдля доли распределения вне одностороннего интервала с нижней границейL, а также нижнюю доверительную границурндля доли распределения случайной величины в указанном интервале.
Примечание - Здесь и далее следует различать заданный изначально односторонний или двусторонний интервал (допуск) с известной границей (границами) для случайной величины Хи доверительный интервал для доли распределения случайной величины в этом допуске и вне его. Границы заданного интервала (допуска)LиМдля случайной величины измеряются в тех же единицах физических величин, что и случайная величина, например: в миллиметрах, граммах и т. п. Границы получаемого доверительного интервала являются безразмерными, как и сама вероятность.
Примеры
1 Определение уровня несоответствий для показателя «толщина гальванопокрытия». Случай, когда необходимо иметь определенную уверенность в том, что уровень несоответствий не превышает установленного предельного процента.
2 Оценка доли годных и несоответствующих деталей по показателю качества «твердость после термической обработки». Требование (допуск) одностороннее: L= 45 ед. Роквелла. Оценка получается в виде верхней доверительной границыqвна долю несоответствующей продукции с твердостью ниже 45 ед. Кроме того, получается нижняя доверительная границарнна долю продукции, соответствующей требованию, т. е. на долю деталей с твердостью не ниже 45 ед. Доверительные оценкирниqв, в отличие от точечных, имеют характеристики достоверности утверждений (с вероятностью 1 -a):
истинная доля годной продукции не менее рн;
истинная доля несоответствующей продукции не более qв.
Таблица 8.4 - Определение верхнейqви нижнейрндоверительных границ для доли распределения случайной величины в одностороннем интервале и вне его с заданной нижней границейL(дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q£qв} ³ 1 -a,Prob{p³pн} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
|
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a a2m= 1/2a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
a3m= 3/4a ajs=
|
|
6 Нижняя граница одностороннего интервала: L= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулу (2) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Интервальная оценка параметра sс доверительной вероятностью (1 -as)
(см. формулу (4) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjв= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1в,q2в,q3в |
|
Результаты: | |
|
1 Верхняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qв=min(q1в,q2в,q3в) | |
|
2 Нижняя доверительная граница для р: рн= 1 -qв | |
8.5 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в одностороннем интервале ниже заданной верхней границы Мприведен в таблице 8.5. Таким образом определяют верхнюю доверительную границуqвдля доли распределения вне одностороннего интервала с верхней границейМ, а также нижнюю доверительную границурндля доли распределения случайной величины в указанном интервале.
Таблица 8.5 - Определение верхнейqви нижнейрндоверительных границ для доли распределения случайной величины в одностороннем интервале и вне его с заданной верхней границейМ(дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q£qв} ³ 1 -a,Prob{p³pн} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
|
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a a2m= 1/2a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
a3m= 3/4a ajs=
|
|
6 Верхняя граница одностороннего интервала: М= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулу (1) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Интервальная оценка параметра sс доверительной вероятностью (1 -as)
(см. формулу (4) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjв= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1в,q2в,q3в |
|
Результаты: | |
|
1 Верхняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qв=min(q1в,q2в,q3в) | |
|
2 Нижняя доверительная граница для р: рн= 1 -qв | |
Пример - Определение уровня несоответствий для показателя «процент примесей» в металлургии или в фармакологии. Случай, когда необходимо иметь определенную уверенность в том, что уровень несоответствий не превышает установленного предельного процента.
8.6 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в заданном интервале [L,М] приведен в таблице 8.6. Таким образом определяют верхнюю доверительную границуqвдля доли распределения вне интервала [L,М], а также нижнюю доверительную границуpндля доли распределения случайной величины в данном интервале.
Таблица 8.6 - Определение верхнейqви нижнейpндоверительных границ для доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его (дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q£qв} ³ 1 -a,Prob{p³pн} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a |
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
a2m= 1/2a a3m= 3/4a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
ajs=
|
|
6 Границы интервала: L= М= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулы (1),(2) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Наихудшая
точка
|
|
|
2.3 Интервальная оценка параметра s,соответствующая доверительной вероятности (1 -as)
(см. формулу (4) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjв= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1в,q2в,q3в |
|
Результаты: | |
|
1 Верхняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qв=min(q1в,q2в,q3в) | |
|
2 Нижняя доверительная граница для р: рн= 1 -qв | |
Пример из 8.2, но точность станка заранее неизвестна. Случай, когда необходимо иметь определенную уверенность в том, что уровень несоответствий не превышает установленного предельного значения.
8.7 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в одностороннем интервале выше заданной нижней границы Lприведен в таблице 8.7. Таким образом определяют нижнюю доверительную границуqндля доли распределения вне одностороннего интервала с нижней границейL, а также верхнюю доверительную границурвдля доли распределения случайной величины в указанном интервале.
Таблица 8.7 - Определение нижнейqни верхнейрв, доверительных границ для доли распределения случайной величины в одностороннем интервале и вне его с заданной нижней границейL(дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q³qн} ³ 1 -a,Prob{p£pв} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a |
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
a2m= 1/2a a3m= 3/4a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
|
|
6 Нижняя граница одностороннего интервала: L= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулу (2) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Интервальная оценка параметра sс доверительной вероятностью (1 -as)
(см. формулу (3) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjн= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1н,q2н,q3н |
|
Результаты: | |
|
1 Нижняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qн=max(q1н,q2н,q3н) | |
|
2 Верхняя доверительная граница для р: рв= 1 –qн | |
Пример - Доказательство (с заданной вероятностью) того, что уровень несоответствий по данному показателю качества превышает установленное в нормативной документации предельное значение. Случай предъявления рекламаций на серийную или массовую продукцию по определенному показателю качества.
8.8 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в одностороннем интервале ниже заданной верхней границы Мприведен в таблице 8.8. Таким образом определяют нижнюю доверительную границуqндля доли распределения вне одностороннего интервала с верхней границейМ, а также верхнюю доверительную границурвдля доли распределения случайной величины в указанном интервале.
Таблица 8.8 - Определение нижнейqни верхнейрв, доверительных границ для доли распределения случайной величины в одностороннем интервале и вне его с заданной верхней границейМ(дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q³qн} ³ 1 -a,Prob{p£pв} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a |
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
a2m= 1/2a a3m= 3/4a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
|
|
6 Верхняя граница одностороннего интервала: М= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулу (2) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Интервальная оценка параметра sс доверительной вероятностью (1 -as)
(см. формулу (3) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjн= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1н,q2н,q3н |
|
Результаты: | |
|
1 Нижняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qн=max(q1н,q2н,q3н) | |
|
2 Верхняя доверительная граница для р: рв= 1 –qн | |
8.9 Алгоритм интервального оценивания доли распределения случайной величины с неизвестной дисперсией в заданном интервале [L,М] приведен в таблице 8.9. Таким образом определяют нижнюю доверительную границуqндля доли распределения вне интервала [L,М], а также верхнюю доверительную границурвдля доли распределения случайной величины в данном интервале.
Таблица 8.9 - Определение нижнейqни верхнейрв, доверительных границ для доли распределения случайной величины в заданном интервале [L,М] и вне его (дисперсия неизвестна)
|
Необходимые условия: Prob{q³qв} ³ 1 -a,Prob{p£pн} ³ 1 -a | |
|
Статистические и исходные данные |
Промежуточные вычисления и процедуры |
|
1 Объем выборки: n= |
1 Устанавливаем соответственно три пары доверительных вероятностей: |
|
2 Сумма значений наблюдаемых величин: Sx= |
|
|
3 Сумма квадратов значений наблюдаемых величин: Sx2= |
где j= 1, 2, 3, тогда a1m= 1/4a |
|
4 Степени свободы: v=n– 1 = |
a2m= 1/2a a3m= 3/4a |
|
5 Выбранная доверительная вероятность: 1 - a |
ajs=
|
|
6 Границы интервала: L= М= |
2 Процедура доверительного оценивания среднего значения и стандартного отклонения |
|
|
2.1 Интервальная оценка параметра mс доверительной вероятностью (1 -am)
(см. формулы (1),(2) таблицы 6.2) |
|
|
2.2 Наихудшая
точка
|
|
|
2.3 Интервальная оценка параметра sс доверительной вероятностью (1 -as)
(см. формулу (3) таблицы 7.1) |
|
|
Примечание - Данную процедуру повторяют три раза |
|
|
3 Интервальная оценка величины qпри полученных значениях параметровmиs- потаблице 8.1: qjн= |
|
|
4 После повторения процедуры по пунктам 2 и 3 для j= 1, 2, 3 имеем: q1н,q2н,q3н |
|
Результаты: | |
|
1 Нижняя доверительная граница для q, соответствующая доверительной вероятности (1 -a): qн=max(q1н,q2н,q3н) | |
|
2 Верхняя доверительная граница для р: рв= 1 –qн | |
