- •Введение
- •Глава 1. Основные положения теории измерений
- •1.1 Взаимосвязь понятий измерения и числа
- •1.2. Физические величины и их единицы
- •1.3. Измерительные шкалы
- •Глава 2. Обработка результатов измерений
- •2.1. Классификация ошибок
- •2.2. Основы теории ошибок
- •2.2.1. Частота, вероятность, среднее значение, дисперсия
- •2.2.2. Распределение вероятностей
- •2.2.2.1. Гауссово, или нормальное, распределение (н.р.)
- •2.2.2.3. Распределение Пуассона
- •2.2.2.4. Другие распределения
- •2.2.3. Доверительный интервал
- •2.2.4. Критерий Пирсона (хи-квадрат)
- •2.2.5. Сложение ошибок
- •2.2.6. Взвешенное среднее значение
- •2.3.1. Линейная регрессия
- •2.3.2. Нелинейная регрессия
- •2.4. Методы оценки числа измерений
- •2.4.2. Оценка числа измерений, необходимого для получения СКО среднего с требуемой точностью
- •2.4.3. Оценка числа измерений для определения допустимых границ
- •Таблица 2
- •2.5. Статистическая проверка гипотез
- •2.5.1. Проверка гипотезы о среднем значении нормально распределенной случайной величины х с известной дисперсией
- •2.5.2. Проверка гипотезы о значении дисперсии нормально распределенной случайной величины х при неизвестном среднем
- •2.5.4. Проверка гипотез о положении (сдвиге), симметрии распределения, однородности данных
- •2.6. Определение вида закона распределения значений измеряемой величины
- •2.6.1. Аналитические методы
- •2.6.1.3. Определение энтропийного коэффициента
- •Таблица 9
- •2.6.2. Графические методы
- •Таблица 10
- •2.6.3. Проверка гипотезы о согласовании эмпирического и теоретического распределения по критериям согласия
- •2.6.4. Оценка истинного значения и ошибки измерения
- •Глава 3. Измерительные устройства
- •3.1. Основные блоки измерительных устройств
- •3.2. Передаточные характеристики
- •3.3 Динамические свойства измерительных устройств
- •3.3.1 Передача непериодического сигнала
- •3.3.2. Передача периодического сигнала
- •3.4. Принцип обратной связи
- •Приложения
- •1. Примеры решения задач
- •2. Совместная обработка количественных и качественных данных
- •3. Таблицы наиболее часто используемых распределений [2,3]
- •3.1. Интегральная функция нормированного нормального распределения
- •3.2. Распределение Стьюдента
- •3.4. F-распределение Фишера
- •Список литературы
- •Оглавление
2.6.1.1. Определение выборочного коэффициента асимметрии γ an и коэффициента эксцесса γ эn
γ an = |
|
μ 3n |
, |
|
|
|
(2.138) |
||
|
|
|
|
|
|
||||
где μ 3n |
|
S n3 |
|
|
|
|
|||
– выборочный третий центральный |
момент эмпирического |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
n |
|
распределения: μ 3n = |
∑(x i − x n )3 . |
|
|||||||
|
|
||||||||
|
|
μ 4n |
|
|
|
n i=1 |
|
||
γ n = |
|
− 3 |
, |
|
|
(2.139) |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
S n4 |
|
|
|
|
2.6.1.2. Определение коэффициента формы распределение α
Коэффициент формы определяется из уравнения:
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
||
|
α Γ 1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
Γ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Эn = |
|
|
α |
|
α |
, |
|
|
|
(2.140) |
||||||
|
Γ |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
= μ4n |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где Эn – выборочный эксцесс: Э |
n |
Sn4 |
; Γ(x ) – гамма-функция от x, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяемая по таблицам [23].
Уравнение (2.140) решается приближенно численными методами. Ниже в табл. 8 приведены значения α для различных значений эксцесса, полученные из (2.140).
Таблица 8
Значения α по (2.140)
α |
0,5 |
0,55 |
0,73 |
0,77 |
0,83 |
0,9 |
1,0 |
1,5 |
2 |
6 |
Эп |
25 |
20 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
4 |
3 |
2 |
2.6.1.3. Определение энтропийного коэффициента
K n = |
эn |
; |
эn = |
d n |
, |
|||
|
|
1 |
|
m |
||||
|
S n |
|
− |
|
∑nj lg nj |
|
||
|
|
n |
|
2 10 j =1
(2.141)
где d – ширина интервала группирования данных; m – число интервалов группирования; nj – число значений в каждом интервале (см. ниже).
Полученные выборочные значения величин γ an , γ эn , αn, Kn и n
сравниваются с допустимыми значениями этих же величин для различных теоретических распределений (см. табл. 9) и по их согласованию делается предварительное заключение о законе распределения. Для грубого отбора бывает достаточно использовать два значения γ an и γ эn , однако такой
подход требует осторожности, особенно при n<200.
При сравнении следует иметь в виду, что из-за ошибок в данных может наблюдаться расхождение выборочных значений критериев и допустимых. Рекомендуется принять, что расхождение незначимо, если выполняется следующее соотношение:
Z n − Z дon ≤ (2…3)SZ ,
где Zn, Zдоп – выборочное и допустимое значение величины Z соответственно; SZ – выборочное СКО величины Z.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6(n −1) |
|
1 |
|
|||
В частности, для γ an : S |
|
|
|
2 |
; |
|||||||||||||||
γ an |
= |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
+ 3) |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(n +1)(n |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24n(n − 2)(n − 3) |
|
|
|
|
|
|
||||||||
для γ эn : Sγ |
|
|
|
|
2 |
; |
|
|
|
|||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
(n + 3)(n + 5) |
|
|
|
|||||||||
|
эn |
|
(n +1)2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
для αn: Sαn |
= |
α n |
|
Sγ |
эn |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
γ эn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
для n: S n |
= |
1 |
n |
Sγ эn |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
γ |
эn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
для Kn: S K n |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= |
K n |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
n −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученное предварительное заключение о виде закона распределения рассматривается как гипотеза (их может быть и несколько). Чтобы принять окончательное решение с определенной статистической достоверностью необходимо гипотезу проверить по одному из критериев согласия (см. ниже).
Таблица 9
Допустимые значения показателей формы для различных распределений [13,20]
Распределение |
|
Допустимые значения показателей |
|
|||
γ a |
γ э |
α |
|
|
K |
Нормальное |
0 |
0 |
2 |
0,56 |
2,07 |
|
Треугольное |
0 |
–0,6 |
5 |
0,65 |
2,02 |
|
Трапецеидальн |
0 |
0…–1,2 |
2…10 |
0,58…0,74 |
1,7…2,07 |
|
ое |
||||||
|
|
|
0,75 |
|
||
Равномерное |
0 |
–1,2 |
10 |
1,73 |
||
Симметричное |
|
|
|
|
|
|
экспоненциаль |
0 |
0,75…22 |
0,5…1,5 |
0,2…0,52 |
1,35…2,02 |
|
ное |
||||||
островершинно |
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
При использовании аналитических методов наибольшую трудность представляет необходимость определения выборочных значений параметров распределения, принятого в качестве гипотезы, при которых достигается наибольшее соответствие между теоретическим и эмпирическим распределениями. Эта задача решается методом моментов. Он заключается в том, что для произвольного распределения значения параметров определяются приравниванием теоретических значений моментов их выборочным оценкам:
|
∞ |
|
|
|
|
1 |
n |
|
||
α1(первый момент)= ∫xp(x) dx = |
∑x i ; |
|||||||||
|
|
|||||||||
|
−∞ |
|
|
|
|
|
n i=1 |
|||
|
∞ |
1 |
|
|
n |
|
|
|||
α2(второй момент)= |
∫x2 p(x)dx = |
|
∑xi2 |
; |
||||||
|
n |
|
||||||||
|
−∞ |
|
|
i=1 |
|
|
||||
|
∞ |
1 |
|
|
n |
|
|
|||
α3(третий момент)= |
∫x3 p(x)dx = |
|
∑xi3 |
и т. д. |
||||||
n |
||||||||||
|
−∞ |
|
i=1 |
|
|
Число уравнений берется равным числу определяемых параметров. Полученная система уравнений решается, и находятся неизвестные значения параметров распределения. Например, если эмпирическое распределение мы хотим описать функцией нормального распределения, то необходимо определить два параметра m и σ. В этом случае в качестве оценок для m и σ выбираем соответственно выборочные значения среднего и СКО. Аналогично определяют параметры распределения и в других случаях. Рассмотрим пример. Пусть в качестве гипотезы выбрано прямоугольное (равномерное) распределение. Оно содержит два неизвестных параметра m и a (m – центр распределения; a – полуинтервал). Составляем систему двух уравнений: