Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

_gmurman2[1]

.pdf
Скачиваний:
180
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
8.01 Mб
Скачать

Т а б л и ц а 51

Номер испытания

 

 

Уровни фактора

 

 

 

 

 

 

i

Ft

 

Pf

^

^^4

 

 

1

1,38

1

1,41

1.32

1,31

2

1.38

 

1,42

1,33

1,33

3

i 1.42

 

1.44

1,34

 

4

1,42

 

1.45

 

 

^гр/

1,40

 

1.43

1.33

1.32

Решение. Используя замечание 2 (см. §1), перейдем к целым числам у/^=а10*дг/у—138. Составим расчетную табл. 52.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 52

 

 

 

 

Уровни фактора

 

 

 

Номер

/'i 1

F, 1

Ft

 

Р*

 

Итоговый

ислытнния

 

 

 

 

 

 

 

 

столбец

i

УIX

у\^

*rt

Аг

yf

« 1 . 1 «и

'I*

 

 

 

1

0

0

3

9

—6

36

—7

49

 

2

 

16

4

J6

—4

25

—5

25

 

3

4

6

36

16

 

 

 

4

16

7

49

 

 

 

 

 

 

 

32

 

ПО

 

77

 

74

2С?/ = 293

7l

8

 

20

 

—15

 

—12

 

 

64

 

400

 

225

 

144

 

 

Используя итоговый столбец и нижнюю строку табл. 52, найдем общую и факторную суммы квадратов отклонений:

5общ=2 <?/—Г2 ^/1*/я » 293—1VI3=293—0,08=292,92;

^фмт =

71 .

rj ,

Г,

,

Г«

mjji

Q\ +'

Яг +'

Яп

'

Я4

п

« 64/4 + 400/4 + 225/3 +144/2—0,08 = 262,92. Найдем остаточную сумму квадратов отклонений:

^ост = 5общ—5факт = 292,92—262,92 « 30. Найдем факторную и остаточную дисперсии:

5факт==5факт/(Р—1) = 262,92/(4—1)=:262,92/3 = 87,64; «^«5ост/(п—р)=:30/{13—4) = 30/9 = 3,33.

290

Сравним факторную и остаточную дисперсии с помощью крите­ рия F (см. гл. XIII, § 2). Для этого сначала вычислим наблюдаемое значение критерия:

 

/"набл = «факт/ S^CT = 87 . 64/3,33 =

26,32.

Учитывая,

что число степеней свободы

числителя A'i = p—1 =

= 4 — 1 = 3 , знаменателя k2 = n—р=13—4

=

9 и что уровень значи­

мости а=0,05,

по таблице приложения 7

находим критическую точку

/'крСО.Об; 3; 9) = 3,86.

 

 

Так как /^набл > ^кр—нулевую гипотезу о равенстве групповых средних отвергаем. Другими словами, групповые средние различа­ ются значимо.

675. Произведено 14 испытаний, из них 5—на первом уровне фактора, 3—на втором, 2—на третьем, 3—на четвертом и 1—на пятом. Методом дисперсионного ана­ лиза при уровне значимости 0,05 проверить нулевую гипотезу о равенстве групповых средних. Предполагается, что выборки извлечены из нормальных совокупностей с одинаковыми дисперсиями. Результаты испытаний при­ ведены в табл. 53.

Т а б л и ц а 53

Номер испытания

 

 

Уровни фактора

 

 

 

 

 

 

 

i

F,

ff

Рп

f".

'^s

 

1

7,3

5,4

6,4

7.9

7,1

2

7,6

7,1

8.1

9,5

 

3

8,3

7.4

 

9.6

 

4

8,3

 

 

 

 

5

8,4

 

 

 

 

лггр/

7,98

6,63

7,25

9,0

7,1

У к а з а н и е . Принять у(/ = \Oxij — 78.

676. Произведено 13 испытаний, из них 4—на первом уровне фактора, 6—на втором и 3—на третьем. Методом дисперсионного анализа при уровне значимости 0,01 про­ верить нулевую гипотезу о равенстве групповых средних. Предполагается, что выборки извлечены из нормальных совокупностей с одинаковыми дисперсиями. Результаты испытаний приведены в табл. 54.

291

 

 

 

Т а б л и ц а 54

Номер

 

Уровни фактора

 

 

 

испытания

Р.

Рг

Рь

i

1

37

60

69

2

47

86

100

3

40

67

98

4

60

92

 

5

 

95

 

6

 

98

 

^ г р /

46

83

89

УК а з а н и е. Принять yfj == л:// — 73.

677.Произведено 14 испытаний, из них 7—на пер­

вом уровне фактора, 3 — на втором и 4 — на третьем. Методом дисперсионного анализа при уровне значимости 0,01 проверить нулевую гипотезу о равенстве групповых средних. Предполагается, что выборки извлечены из нормальных совокупностей с одинаковыми дисперсиями. Результаты испытаний приведены в табл. 55.

 

 

 

Т а б л и ц а 55

Номер испытания

 

Уровни фактора

 

 

 

 

/

Гх

F.

'^а

 

1

30.56

43,44

31,36

2

32,66

47,51

36,20

3

34,78

53,80

33,38

4

35,50

 

42,20

5

36,63

 

 

6

40,20

 

 

7

42,28

 

 

Д^гр/

36, ОЭ

48,25

35,54

У к а з а н и е . Принять у,у = 100^/диил^у • -3900.

678. Произведено 26 испытаний, из них 7—на первом уровне фактора, 5—на втором, 8—на третьем и 6—на четвертом. Методом дисперсионного анализа при уровне значимости 0,05 проверить гипотезу о равенстве груп-

292

новых средних. Предполагается, что выборки извлечены из нормальных генеральных совокупностей с одинако­ выми дисперсиями. Результаты испытаний приведены в табл. 56.

 

 

 

Т а б л и ц а 56

Номер испытания

 

Уровни фактора

 

 

 

 

 

t

F^

Рг

^ 3

РА

 

1

16G0

1580

1460

1510

2

1610

1640

1550

1520

3

1650

1640

1600

1530

4

1680

1700

1620

1570

5

1700

1750

1640

1600

6

1700

 

1660

1680

7

18С0

 

1740

 

8

 

 

1820

 

^гр/

1677

1662

1638

1568

У к а з а н и е .

Принять yij:=Xij —1630. Использовать

замечание

1 (см. § 1),

 

 

 

 

Часть четвертая

МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН

Глава пятнадцатая

МОДЕЛИРОВАНИЕ (РАЗЫГРЫВАНИЕ] СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО

§ 1. Разыгрывание дискретной случайной величины

Сущность метода Монте-Карло состоит в следующем: требуется найти значение а некоторой изучаемой величины. С этой целью вы­ бирают такую случайную величину X, математическое ожидание которой равно а: М(Х) = а.

Практически же поступают так: вычисляют (разыгрывают) п возможных значений Xi случайной величины X, находят их среднее

арифметическое

 

 

 

 

 

 

 

 

и принимают И

в

качестве

 

оценки

(приближенного значения) а*

искомого числа а:

 

а с^ а* = х>

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

для применения метода Монте-Карло

необходимо

уметь разыгрывать

случайную величину.

 

случайную

В этом параграфе требуется

разыграть дискретную

величину X, т. е. вычислить

последовательность ее возможных зна­

чений Xi(i=l,

2, ...)» зная

закон

распределения X.

 

Введем обозначения: R—непрерывная

случайная величина, рас­

пределенная равномерно в

интервале (О, 1); /-у(/ = 1, 2,

...)—слу­

чайные числа (возможные значения /?).

дискретную случайную ве­

Правило. Для того чтобы разыграть

личину X, заданную законом распределения

 

 

 

X

Х\

Х2

»• «

Xfi

 

надо:

 

Р Pi Р2 •»• Рп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разбить

интервал (О,

1)

оси Or на п частичных интервалов:

Ai—(0; Pi). А2—(Pi; Р1 + Р2). .... Ал—(Pi+P2+...+p«-i; i).

2. Выбрать (например,

 

из таблицы случайных чисел) случайное

число гу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Если гJ попало в частичный интервал А/, то разыгрываемая

величина приняла возможное значение дг/.

 

 

679. Разыграть шесть возможных значений дискретной

случайной величины X, закон распределения которой

задан в виде таблицы:

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

2

 

10

18

 

 

 

р

0,22

0,17

0,61

 

294

Р е ш е н и е . Разобьем интервал (О, 1) оси Or точками с коор­ динатами 0,22; 0,22 + 0,17 = 0,39 на три частичных интервала: Л,—(0; 0,22), Ла—(0,22; 0,39), Дз~(0;39, 1).

2. Выпишем из таблицы приложения 9 шесть случайных чисел, например 0,32; 0,17; 0,90; 0,05; 0,97; 0,87 (ш^тая строка таблицы снизу).

Случайное число ri = 0,32 принадлежит частичному интервалу Да» поэтому разыгрываемая дискретная случайная величина приняла возможное значение Х2==10; случайное число /•а = 0,17 принадлежит частичному интервалу Ai, поэтому разыгрываемая величина приняла возможное значение JCI = 2.

Аналогично получим остальные возможные значения.

18;

Итак,

разыгранные

возможные

значения таковы: 10; 2; 18; 2;

18.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

680. Разыграть восемь возможных значений дискрет­

ной случайной

величины

X,

закон

распределения

кото­

рой

задан в виде таблицы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

3

 

 

8

 

12

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

0,2

0,12

0.43

0.23

 

 

 

 

 

У к а з а н и е .

Для определенности принять

случайные

числа:

0,33;

0,18;

0,51;

0,62;

0,32;

0,41;

0,94;

0,15.

 

 

 

 

 

681.

Разыграть

пять опытов по схеме Бернулли: опыт

состоит из трех

независимых

испытаний,

в

каждом

из

которых

вероятность

 

появления

события

А

равна

0,4.

 

У к а з а н и е ,

а)

Составить

сначала

закон распределения

ди­

скретной случайной величины X — числа появлений события Л в трех независимых испытаниях, если в каждом испытании вероятность по­ явления события А равна 0,4; б) принять для определенности слу­ чайные числа: 0,945; 0.572; 0,857; 0,367; 0,897.

682. Разыграть шесть опытов по схеме

Бернулли:

опыт состоит из четырех испытаний,

в каждом из кото­

рых вероятность появления

события

А равна

0,5.

 

У к а з а н и е . Принять для

определенности случайные

числа:

0,1009; 0,7325; 0,3376; 0,5201; 0,3586; 0,3467

(первая строка

таблицы

приложения 9).

 

 

 

 

§ 2. Разыгрывание полной группы событий

Требуется разыграть испытания, в каждом из которых наступает одно из событий полной группы, вероятности которых известны. Разыгрывание полной группы событий сводится к разыгрыванию дискретной случайной величины.

Правило. Для того чтобы разыграть испытания^ в каждом из которых наступает одно из событий Аи ^2» •••» An полной группы, вероятности которых pt» Рг* • "* Рп известны, достаточно разыграть

(по правилу § I) дискретную

случайную

величину X со следующим

законом распределения:

 

 

 

X

1

2 . . .

/I

Р

Pi

Р2 •••

Рп

295

Если в испытании величина X приняла возможное значение Xi = i, то наступило событие Л/.

683. Заданы вероятности трех событий: Л^, Ла, Лд, образующих полную группу: Pi = P (Ai) = 0,22, Ра == = Р{А^) = 0,31 f Рз = Р(Лз)=0,47. Разыграть пять испы­ таний, в каждом из которых появляется одно из трех рассматриваемых событий.

Р е ш е н и е . В соответствии с правилом настоящего параграфа надо разыграть дискретную случайную величину X с законом рас­

пределения:

I

2

3

 

X

 

р 0.22

0,31

0,47

 

По правилу § 1 разобьем

интервал

(О, 1) на три частичных ин­

тервала: Ai—(0; 0,22), А2—(0,22; 0,43), Д3—(0,43; I).

Выберем из таблицы приложения 9

пять случайных чисел, на­

пример 0,61; 0,19; 0,69; 0,04; 0,46.

 

 

интервалу Лз» поэтому

Случайное число Г|=0,61

принадлежит

Х = 3 и, следовательно, наступило

событие

Л». Аналогично найдем

остальные события. В итоге получим искомую последовательность событий: As, Ai, А^, Аи Лд.

684. Заданы вероятности четырех событий, образую­ щих полную группу: /?, ==Р (^i) = 0,15, р^ = Р(А^ = 0,Ы\ Рз=Я(Лз)-0,05, р, = Я(Л,)=0,16.

Разыграть 10 испытаний, в каждом из которых появ­ ляется одно из рассматриваемых событий.

У к а з

а н и е .

Принять

для

определенности

случайные числа:

0,37;

0,54;

0,20;

0,48;

0,05;

0,64;

0,89;

0,47;

0,42;

0.96.

 

685. События А и В независимы и совместны. Разы ­

грать

четыре

испытания,

в

каждом

из которых

вероят­

ность

появления

события

А

равна 0,7, а события

В—0,4.

Р е ш е н и е . Возможны четыре исхода испытания:

Ai=AB, причем в силу независимости событий Р{АВ) = Р {А)Х XP(fi) = 0,7 0,4 = 0,28;

Л2 = Л5, причем Р(А^) = 0,7 0,6 = 0,42; As = AB^ причем Р(Л^5) = 0,30,4 = 0,12;

А^=^АВ,

причем

Р(У4В) = 0,3*0,6 = 0,18.

 

 

 

Таким образом, задача сведена к разыгрыванию полной группы

четырех событий: Ai

с вероятностью

Pi = 0,28,

А2 с вероятностью

Р2 = 0,42, As

с вероятностью

Рз = 0,12,

А4 с вероятностью

Р4=^0,\8,

Эта задача в соответствии с правилом настоящего параграфа

сводится к разыгрыванию дискретной

случайной

величины

X с за­

коном распределения

I

2

3

4

 

 

 

X

 

 

р0,28 0,42 0,12 0,18

Выберем из таблицы приложения 9 четыре случайных числа, например 0,32; 0,17; 0,90; 0,05.

296

Используя правило § 1, легко найдем искомую последователь­ ность результатов четырех испытаний: Лг, Лх, А^, Ai.

686. События А и В независимы и совместны. Разы­ грать пять испытаний, в каждом из которых вероятность появления события А равна 0,6, а события В—0,8.

У к_а 3 а н и^.

Составить

полную группу событий: Ai = AB,

А2 = АВу А^ = АВ,

А4 = АВ; для определенности принять случайные

числа: 0,69; 0,07; 0,49; 0,41;

0,38.

687. События

А, В И С независимы и совместны. Разы­

грать

пять

испытаний, в каждом из которых

вероятность

появления события А равна 0,6,

события В — 0,2, собы­

тия С —0,4.

 

 

 

У к а з а н и е . Составить полную

группу событии: А^ = АВС^

^2^ ABC. Лз = Л"вС, Л4 = ЛВС, Лб = Л5С, Ав=АВС,

Ат = АВС,

As = АВСу для определенности принять случайные

числа: 0,541;

0,784;

0,561;

0,180;

0.993.

 

 

688. События

А и В зависимы и совместны. Разыграть

пять испытаний, в каждом из которых заданы вероятно­

сти: Р(Л) = 0,5,

P(fi) = 0,6, Р(ЛБ) = 0,2.

 

У к а з а н и е .

Составить

полную

группу событий: i4i =

ЛВ,

Л2=Ав, Л з = Л 5 ,

Л4="ЛЖ

Учесть,

что Р{Л2) = Р (/!) —Р (ЛВ),

Р{А^)=Р(В)^Р(АВ),

Р(Л4)=1 - [Р(Л1) + Р(>42) + Р(Лз)Ь

Для

определенности принять случайные числа: 0,66; 0,06; 0,57; 0,47; 0,17.

§ 3. Разыгрывание непрерывной случайной величины

Известна функция распределения F (х) непрерывной случайной величины X. Требуется разыграть X, т. е. вычислить последователь­ ность возможных значений д:/(/== 1, 2, . . . ) .

А. Метод обратных функций. Правило 1. Для того чтобы ра­ зыграть возможное значение Х( непрерывной случайной величины X, зная ее функцию распределения F (х), надо выбрать случайное чис­ ло fi, приравнять его функции распределения и решить относи­ тельно Х{ полученное уравнение F(xi) = ri,

Если известна плотность вероятности / (х), т используют пра­

вило 2.

того, чтобы разыграть возможное значение дг/

Правило 2. Для

непрерывной случайной величины X, зная ее плотность вероятности

f (х), надо выбрать

случайное число г/ и решить относительно х/

уравнение

 

'|

J/(x)dx = r/,

00

297

или уравнение

J/Wdx= fh

g^

 

 

а

 

 

 

 

 

анаименьшее конечное возможное значение X»

 

Б. Метод суперпозиции. Правило 3.

Для того чтобы разыграть

возможное значение случайной

величины Х,

функция распределения

которой

 

 

 

 

 

 

 

 

F(x)^C,Fr(x)+CtF2lx)

+

...+CnFn(x).

где Fii(x)функции

распределения

(Л=1,

2,

..., л). С* > О, Ci +

+

Cj-f-...+C„ = I,

надо выбрать два независимых случайных числа

ri

и г^ и по случайному

числу Гх

разыграть

возможное значение

вспомогательной дискретной случайной величины Z (по правилу 1):

 

 

Z

\

2

...

я

 

 

 

 

р

Ci

Cf

...

С„

 

 

Если окажется» что Z = ^, то решают относительно х уравнение

З а м е ч а н и е 1. Если задана плотность вероятности непрерыв­ ной случайной величины X в виде

/ W = Ci/i (дг)+С2/, (x) + ... + Cnfn (X),

где fk(x) — плотности вероятностей, коэффициенты С^ положительны, их сумма равна единице и если окажется, что Zs=zk, то решают (по

правилу 2) относительно х/ уравнение V fk(x)dx^r2

или урав-

— со

 

пение \ fk(x)dx:=r2.

а

689. Найти явную формулу для разыгрывания непре­ рывной случайной величины X, распределенной равно­

мерно в интервале (а, Ь), зная ее функцию распределе­

ния F{x) = {x—a)/{b—a) (a<x<b).

Р е ш е н и е . В соответствии с правилом 1 приравняем задан­ ную функцию распределения случайному числу г,-:

(д:/—а)/(/>—в)==г/.

Решив это уравнение относительно х/, получим явную формулу для^ разыгрывания возможных значений X: Х(= а) /'|*+^*

690. Разыграть четыре возможных значения непре­ рывной случайной величины X, распределенной равно­ мерно в интервале (4, 14).

298

У к а з а н и е . Для определенности принять случайные числа: 0,74; 0.02; 0,94; 0,36.

691. Найти явную формулу для разыгрывания непре­ рывной случайной величины X, распределенной по пока­ зательному закону, заданному функцией распределения

F(A:)=1—е-^^(л:>0).

692. Найти явную формулу для разыгрывания непре­ рывной случайной величины, заданной плотностью веро­ ятности f{x)=b/{l+axY в интервале [О, 1/(6—а)]; вне этого интервала /(л:) = 0.

Р е ш е н и е . Используя правило 2, напишем уравнение

о

решив это уравнение относительно д:/, окончательно получим

Xi = ri/(b'-ari).

693. Разыграть пять возможных значений непрерыв­ ной случайной величины X, заданной плотностью веро­ ятности /(л:)= 10/(1+2А:)^ В интервале (О, 1/8); вне этого интервала f{x)^0.

У к а з а н и е . Для определенности принять случайные числа:

0,186;

0,333; 0,253; 0,798;

0,145.

694. Найти явную формулу для разыгрывания равно­ мерно распределенной случайной величины X, заданной плотностью вероятности f{x) — 2 в интервале (0; 0,5); вне этого интервала f{x) = 0.

695. Разыграть пять возможных значений непрерыв­ ной равномерно распределенной случайной величины X, заданной плотностью вероятности /(л:) = 0,1 в интервале (0; 10); вне этого интервала f{x) = 0.

У к а з а н и е .

Для определенности принять случайные числа:

0,690;

0,749;

0,413; 0,887;

0,637.

696. Найти

явную формулу для разыгрывания непре­

рывной случайной величины, распределенной по показа­

тельному

закону,

заданному

плотностью

вероятности

/(л:) = Яе-^^

в

интервале (О,

оо); вне этого интервала

fix) = 0.

 

 

 

 

 

697. Разыграть пять возможных значений непрерыв­

ной случайной

величины X,

распределенной

по показа­

тельному

закону,

заданному плотностью

вероятности

299