Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
~Экзамен~ / 1999_Ответы_.doc
Скачиваний:
32
Добавлен:
19.04.2013
Размер:
964.1 Кб
Скачать

16. Дробный факторный эксперимент.

Число опытов можно резко сократить, применяя так называемый дробный факторный эксперимент (дробные реплики от полного факторного эксперимента). Допустим, что нужно получить линейное приближение поверхности отклика при 3 независимых переменных К = 3. При этом известно, что влияние Х1 на Х2 мало. Возьмем за основу матрицу планирования полного факторного эксперимента 2-ой степени.

(*)

КМП

+

-

-

+

1

+

+

-

-

а

+

-

+

-

b

+

+

+

+

ab

Возьмем матрицу планирования (*). Проведя эксперименты согласно матрице (варьируя Х1 и Х2, причем Х0 и Х1Х2 - столбцы расчетные), мы получаем множество {У1, У2, У3, У4}. Используя метод наименьших квадратов, мы получаем В0, В1, В2, В12, т.е. зависимость У от Хi. В этом случае, если отсутствует взаимодействие между Х1 и Х2, то можно предположить, что В12 0.

Это соответствует тому, что для дальнейшего использования нам достаточно иметь линейные зависимости кривой отклика, т.е. полином типа У = В0 + В1Х1 + В2Х2. В этом случае столбец Х1Х2 в матрице планирования можно заменить управляющим столбцом, влияющим на проведение эксперимента. Тогда в 1 опыте Х3 = Х1Х2 должен занимать верхний уровень, во втором - нижний, в третьем - нижний, в четвертом - верхний. Соответственно, мы получим новые У1, У2, У3, У4. Предположим теперь, что Х3 будет равняться (- Х1Х2). Тогда мы имеем новую матрицу планирования эксперимента.

(**)

-

КМП

+

-

-

-

1

+

+

-

+

аc

+

-

+

+

bc

+

+

+

-

ab

*,** - матрицы дробного факторного эксперимента

* + * - матрица полного факторного эксперимента.

* - имеет четное число «+», ** - имеет нечетное число «+».

Чтобы получить матрицу планирования полного факторного эксперимента достаточно использовать формулу:

Однако, чтобы разделить матрицу полного факторного эксперимента на 2 матрицы дробного факторного эксперимента, надо выделить строки с четным количеством латинских букв ((1) = 0, является четным) и строки с нечетным числом латинских букв.

+

-

-

-

+

+

-

-

+

-

+

-

+

+

+

-

(***) = (*) + (**)

+

-

-

+

+

+

-

+

+

-

+

+

+

+

+

+

Пусть мы имеем полный факторный эксперимент . В этом случае, переходя к полуреплике в качестве дополнительно варьируемой переменной, может быть уже. И тогда мы имеем следующую вещь:=, = – , =, = – , =,= – , =,= – , т.е. здесь вариантов (8) намного больше, т.е. мы получаем 8 вариантов полуреплик.

(****)

Если 0, тогда (-) можно заменить на. Мы имеем 7 независимых переменных.

При возможны 8 замен. При указанных заменах мы будем иметь 8 вариантов полуреплик. При таком алгоритме получения полуреплик у данных матриц сохраняются следующие свойства: нормировка, нормирование, симметричность, ортогональность. В результате полного факторного эксперимента мы будем иметь полином (****). При этом для сокращения числа опытов мы можем переходить не только к полурепликам, но и к четвертьрепликам (когда независимые переменные), 1/8 репликам ( ) и 1/16. Причем причисло степеней свободыf = 0, при число степеней свободыf = 1 и т.д. Указанный алгоритм характерен только для регулярных реплик, а именно, когда каждый фактор имеет 2 уровня +1 и -1.

Как следует из методики построения дробного факторного эксперимента число опытов уменьшается враза, где р - число взаимодействий, заменяемых новыми экспериментами.

Соответственно: полуреплика

При проведении эксперимента согласно полурепликам можно встретиться с таким случаем, что недопустимо пренебрегать взаимодействием 2-х независимых переменных. Поэтому наша расчетная величина складывается из 2-х взаимодействий:

Полученные в результате проведения эксперимента по матрице (*), получаем , состоящих из 2-х оценок: оценки истинного значения коэффициента при и соответствующего коэффициента .

По матрице (**)

, теперь мы можем оценить истинные значения

(1)

Проводя эксперименты по матрице (**), каждое полученное значение будет состоять из и взаимодействий других 2х. Тогда окончательные значениямогут получиться по формулам (1). Указанные действия нужны для проверки значимости того, что.

Вывод: при полном факторном эксперименте получаем истинные значения коэффициентов взаимодействия, а при использовании полуреплики, чтобы убедиться в допустимости пренебрежения элементами взаимодействия, надо провести эксперименты по симметричной полуреплике, и рассчитать по формуле соответствующие коэффициенты, убедиться в допустимости приравнивания к 0.

Коэффициенты при независимых переменных указывают на силу влияния факторов, и чем больше числовая величина коэффициента, тем большее влияние оказывает фактор на кривую отклика. Удобно оценивать вклад фактора при переходе его с нижнего к верхнему уровню. Такой вклад называется эффектом (главный эффект фактора и численно равен удвоенному коэффициенту). Символическое обозначение произведения столбцов матрицы планирования, равное +1 или – 1, носит название определяющий контраст. Он позволяет определить смешанные эффекты. Для того, чтобы определить, какой эффект смешан с данным, нужно умножить обе части определенного контраста на столбец, соответствующий данному эффекту.

Матрица планирования эксперимента ортогональна, т.е. зависимости между и= 0 (= 0)

Соотношение, показывающее с каким эффектом смешан данный эффект, называется генерирующим соотношением.

Полуреплики, в которых основные эффекты смешаны с двухфакторными взаимодействиями, носят названия планов с разрешающей способностью времени (по наибольшему числу факторов в разрешающем контрасте).

Такие факторы обозначаются римскими цифрами. Пример:

фактора.

фактора: определяющий контраст.

Матрица планирования экспериментов будет иметь такой вид: {(1), ad, bd, cd, bc, abcd}.

КМП

1

+

+

+

-

-

ab

10

+

-

-

2

+

-

-

-

-

(1)

9

+

+

+

3

+

+

-

-

+

ad

15

-

-

+

4

+

-

+

-

+

bd

25

-

+

-

5

+

+

+

+

+

abcd

26

+

+

+

6

+

-

-

+

+

сd

14

+

-

-

7

+

+

-

+

-

5

-

+

-

8

+

-

+

+

-

20

-

-

+

15,5

-1,5

4,75

0,75

4,5

-0,75

0,75

2

Если матрица ортогональна, то сумма произведений элементов столбцов равна 0.

Соседние файлы в папке ~Экзамен~