- •Лекция № 1 Место и роль дисциплины в общеобразовательной структуре
- •Алгебра случайных событий
- •Понятие вероятности случайного события.
- •Лекция №2 Статистическая устойчивость вероятности события.
- •Аксиоматическое определение вероятности (по Колмагорову).
- •Элементарные теоремы теории вероятности.
- •Теорема вероятности полной группы событий.
- •Теорема сложения вероятностей.
- •(Схема независимых последовательных испытаний длиной n)
- •Биноминальное распределение (1) случайной величины
- •Геометрическая вероятность случайного события
- •Лекция № 3. Теорема о полной вероятности
- •Лекция №4 Полиномиальное распределение (схемы)
- •Ассимтотические приближения биноминального распределения (для схемы Бернулли)
- •3Способа аппроксимации данной формулы:
- •Лекция №5 Случайная величина
- •Функция распределения для непрерывной случайной величины
- •Лекция №6 Числовые характеристики случайной величины
- •Моментные характеристики
- •Центрированные моменты Центральные моменты
- •Дисперсия для непрерывной случайной величины
- •Лекция № 7
- •Примеры распределения случайной величины.
- •Лекция № 8
- •Лекция № 9
- •Лекция № 10
- •Лекция № 11 Теорема числовых характеристик
- •Лекция № 12 Центральные предельные теоремы
- •Случайные процессы
- •Свойства случайного процесса
- •Лекция № 13
- •Лекция № 14 Разложение апериодических случайных процессов.
- •Спектральная плотность случайного процесса.
- •Лекция № 15
- •Лекция № 16
- •Основные задачи математической статистики
- •Лекция №17 Задача оценивания параметров распределения Формальная постановка задачи
- •Лекция №18 Представление об интервальных оценках
- •Лекция 19 Логическая схема проведения испытаний статистической гипотезы.
- •Лекция № 20 Корреляционный и регрессионный анализ
- •Лекция № 21 Анализ временных рядов
Лекция № 14 Разложение апериодических случайных процессов.
Исходные сведения в виде корреляции.




Как определить
свойства? Особенность:
-
случайный процесс апериодический. Что
бы получить дополнительные сведения о
свойствах случайного процесса ,по
аналогии с предшествующим событием –
воспользуемся частным описанием
рассматриваемого процесса (будем
разлагать по квазигармоническим
функциям).
Гармонический
сигнал:
![]()
- случайная величина
с известной дисперсией.
![]()
-
известное число. В предыдущем разделе
период, на котором была определена
функция корреляции определяет из такого
выражения:
T
(фиксированная)
T<
(a)
![]()
Если положить
,
чему соответствует соответствующий
рассматриваемый случай. При Т
,
нельзя говорить что в данном процессе
есть фиксированный набор гармонических
составляющих, число таких составляющих
к
.
S
при Т![]()













w
w
w
![]()
Рассмотрим при
(фиксировано)
- эффективная дисперсия в интервале
частот от
на интервале сосредоточена единичная
мощность
.
Как определить центральную плотность,
если![]()
Под
понимают эффективную дисперсию, которая
находится на конкретном участке. В
качестве эффективной дисперсии можно
выбрать значение в точки![]()
,
по формуле
-
спектральная плотность дисперсии.
![]()
![]()
Подставим вместо
значение
получение![]()
Функция корреляция симметрична можно записать.
![]()
![]()
Если
,
то
превращается в переменную. Функция
корреляция не меняется
![]()
Справедливо, когда Т конечно. Этот интеграл и определяет функцию S(w) - функция частоты зависит, в какой области частот выбран интеграл.
Функция S(w)
- называют функцией спектральной
плотности случайного процесса. Она
характеризует инженерный смысл. Его
можно определить если перейти от
выражения
к интегральному выражению![]()
Смысл преобразования
– это сумма всех дисперсий
![]()
Дисперсия суммы случайной величины будет равна сумме дисперсий, чтоб найти дисперсию нужно вместо суммы взять интеграл.
1)Между спектральной
плотностью случайного процесса существует
интегральное преобразование
![]()
Процесс должен быть апериодическим и стационарным в широком смысле. Дисперсия постоянна.
2)Физический смысл дисперсии случайного процесса можно интерпретировать как мощность этого процесса. Физическая интерпретация спектральной плотности есть средняя мощность случайного процесса, выделяемая на единичном интеграле частот в окрестности точки w на сопротивлении величиной 1Ом.
Центральная площадь определяется графиком.
S(w)

W
Спектральная плотность случайного процесса.
Речь идет в стационарном периодическом случайном процессе.
Нельзя говорить, что случайный процесс состоит из гармоник, любой частоты. По виду графика S(w) можно распределять область гармонических составляющих. Спектральная плоскость ограничена.
С
пектральная
плоскость ограничена.

S(w)



Fw


F
Ширина спектра – это свойство случайного процесса, по которому определяется и предъявляется требования техническим устройствам, которое в взаимодействует с данным случайным процессом.
Поскольку чаще всего сталкиваемся с техническими устройствами.
Спектральная
плотность – это интегральная
характеристика, которая интересует
пользователя. Для экспериментального
определения спектральной плотности
реальных случайных процессов применяются
специальные приборы – спектрографы.
Возникает вопрос: ”Как получить временное
описание случайного процесса”. Временное
описание означает, что нужно определить
функцию корреляции и для этого используется
предельный переход от дискретного к
непрерывному. Для дискретного нужно
разложить
.
Делаем предельный переход.
![]()
Если известна функция корреляции, то можно найти спектральную функцию.

Вводится величина
.
Величина этого интеграла называетсяабсолютным
интервалом корреляции.
Эта величина характеризует отрезок времени, разделяющий два некоррелированных сечения. Часто используют нормированный коэффициент корреляции.
![]()
0
.
Интервал корреляции может иметь знак.
Используя такие интервальные характеристики
как плотность спектра и интервал
корреляции, получаем соотношение
неопределенности:
- приведенная ширина спектра сигнала.
Она определяется из следующих соображений:
строится график

S(w)


![]()
S
w
Получим эквивалентную ширину спектра.
Можно доказать,
что эффективная ширина спектра на
нормированный коэффициент корреляции
не меньше, чем
,
называютинтервал
неопределенности, им
пользуются при квантовании случайного
процесса. Так же используется для
определения необходимого периода
квантования во времени для решения
задачи дискретизации случайного
процесса.
должно
быть не меньше
,
найденное из соотношения. Если спектр
дискретен, то можно найти интервал
корреляции.
Случайные процессы с независимыми приращениями.
Среди множества случайных процессов выделяется класс случайных процессов, которые называются классом случайных процессов с независимыми приращениями.
Обладает следующими свойствами:
Зафиксируем значение случайного процесса в точках
![]()
![]()
![]()
![]()






![]()
![]()
![]()
![]()
Будем иметь систему
сечений. Зафиксируем приращение
.
![]()
Разность между случайными процессами есть случайная величина. Если будем считать, что разности есть независимые величины, то это и есть случайные процессы с независимыми приращениями. Эти случайные процессы обладают общими свойствами.
1) Если возьмем две
точки T
и S
и определим функцию корреляции случайного
процесса, то эта функция есть дисперсия
сечения с минимальным номером.
![]()
Пусть S будет T, то k(t,s)=D(t).
2)Если нужно найти
математическое ожидание в точке равной
сумме точек
![]()
То же самое для
дисперсии
![]()
Гауссовские случайны процессы
Задаются совместной плотностью распределения.
Матрица корреляции случайной величины:

i, j – коэффициенты матрицы. В этом случае каждое сечение есть нормально распределенная случайная величина.
Примеры случайной величины.
Пример случайной величины с независимыми приращениями. Случайные блуждания (Броумингское изображение).
Схема описывается так:











z=0 z z=a z
На границе изображены экраны. Они выражают условие. Существуют упругие и поглощающие , ели явление попадает в экран, там и остается. Выбирается точка и строится временное развитее процесса. Вводится механизм изменения во времени, происходит он единичными шагами. Случайным образом, двигаясь, частица может попасть либо в левый, либо в правый поглощающий экран.
-
вероятность того, что в конце своего
движения частица попадает в поглощающий
экран.
