- •Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
- •Общие сведения Сведения об эумк
- •Методические рекомендации по изучению дисциплины
- •Рабочая учебная программа
- •Учреждение образования
- •«Белорусский государственный университет
- •Информатики и радиоэлектроники»
- •Пояснительная записка
- •Содержание дисциплины
- •2. Перечень тем практических занятий, их содержание и объем в часах
- •3. Литература
- •3.2 Дополнительная
- •4. Контрольные работы, их характеристика
- •5. Учебно-методическая карта дисциплины
- •Теоретический раздел Лекция 1
- •1.1 Введение
- •1.2 Основные понятия
- •1.3 Аксиомы теории вероятностей
- •1.4 Непосредственный подсчет вероятностей
- •1.5 Основные комбинаторные формулы
- •Лекция 2
- •2.1 Геометрическое определение вероятностей
- •2.2 Теоремы сложения вероятностей
- •2.3 Условная вероятность
- •2.4 Зависимые и независимые события
- •2.5 Теоремы умножения вероятностей
- •2.6 Вероятность безотказной работы сети
- •Лекция 3
- •3.1 Формула полной вероятности
- •3.2 Формула Байеса
- •3.3 Теорема о повторении опытов
- •Формула Пуассона
- •Формулы Муавра-Лапласа
- •Лекция 4
- •4.1 Случайные величины. Закон распределения вероятностей
- •4.2 Функция распределения
- •4.3 Ряд распределения
- •4.4 Плотность распределения
- •Лекция 5
- •5.1 Числовые характеристики случайной величины
- •5.1.1 Математическое ожидание
- •5.1.2 Начальные моменты
- •5.1.3 Центральные моменты
- •5.1.4 Дисперсия
- •5.1.5 Среднее квадратическое отклонение
- •5.1.6 Мода
- •5.1.7 Медиана
- •6.2 Типовые законы распределения непрерывных случайных величин
- •6.2.1 Равномерное распределение
- •6.2.2 Экспоненциальное распределение
- •6.2.3 Нормальное распределение
- •Лекция 7
- •7.1. Закон распределения функции случайного аргумента
- •7.1.1 Монотонно возрастающая функция
- •7.1.2 Монотонно убывающая функция
- •7.1.3 Немонотонная функция
- •7.2 Числовые характеристики функции случайного аргумента
- •7.2.1 Характеристическая функция случайной величины
- •Лекция 8
- •8.1 Двухмерные случайные величины. Двухмерный закон распределения
- •8.1.1 Двухмерная функция распределения
- •8.1.2 Матрица распределения
- •8.1.3 Двухмерная плотность распределения
- •8.2 Зависимые и независимые случайные величины
- •8.3 Условные законы распределения
- •Лекция 9
- •9.1 Числовые характеристики двухмерных величин
- •9.1.1 Смешанные начальные моменты
- •9.1.2 Смешанные центральные моменты
- •9.1.3 Корреляционный момент
- •9.1.4 Коэффициент корреляции
- •9.2Условные числовые характеристики
- •9.2.1 Pегрессия
- •Лекция 10
- •10.1 Нормальный закон распределения на плоскости
- •10.2 Закон распределения функции двух случайных величин
- •10.3 Многомерные случайные величины
- •10.3.1 Функция распределения
- •10.3.2 Плотность распределения
- •10.3.3 Числовые характеристики
- •11.2.2 Теорема о дисперсии суммы
- •11.3 Числовые характеристики произведения случайных величин
- •11.3.1 Теорема о математическом ожидании произведения
- •11.3.2 Теорема о дисперсии произведения
- •Лекция 12
- •12.1 Закон больших чисел
- •12.1.1 Неравенство Чебышева
- •12.1.2 Теорема Чебышева
- •12.1.3 Теорема Бернулли
- •12.2 Центральная предельная теорема
- •Лекция 13
- •13.1 Математическая статистика. Основные понятия
- •13.2 Оценка закона распределения
- •13.2.1 Эмпирическая функция распределения
- •13.2.2 Статистический ряд распределения
- •13.2.3 Интервальный статистический ряд
- •13.2.4 Гистограмма
- •Лекция 14
- •14.1 Точечные оценки числовых характеристик
- •14.1.1 Оценка математического ожидания
- •14.1.2 Оценка начального момента
- •14.1.3 Оценка дисперсии
- •14.1.4 Оценка центрального момента
- •14.1.5 Оценка вероятности
- •14.2 Оценка параметров распределения
- •14.3 Интервальные оценки числовых характеристик
- •14.3.1 Доверительный интервал для математического ожидания
- •14.3.2 Доверительный интервал для дисперсии
- •14.3.3 Доверительный интервал для вероятности
- •Лекция 15
- •15.1 Проверка статистических гипотез
- •15.1.1 Проверка гипотезы о равенстве вероятностей
- •15.2 Критерии согласия
- •15.2.1 Критерий Пирсона
- •15.2.2 Критерий Колмогорова
- •Лекция 16
- •16.1 Статистическая обработка двухмерных случайных величин
- •16.1.1 Оценка корреляционного момента
- •16.2.1 Гипотеза о равенстве математических ожиданий
- •16.2.2 Гипотеза о равенстве дисперсий
- •16.2.3 Гипотеза о равенстве законов распределения
- •Лекция 17
- •17.1 Оценка регрессионных характеристик
- •17.1.1 Метод наименьших квадратов
- •Практический раздел Контрольные работы Указания по выбору варианта
- •Контрольная работа №1. Теория вероятностей Задача 1. Случайные события. Вероятность события Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Основные комбинаторные формулы
- •Примеры
- •Задача 2. Теоремы сложения и умножения вероятностей Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 3. Формула полной вероятности. Формула Байеса Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 4. Формула Бернулли Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 5. Дискретная случайная величина Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 6. Непрерывная случайная величина Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 7. Закон распределения функции случайного аргумента Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 8. Двухмерные случайные величины Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Задача 9. Числовые характеристики суммы и произведения случайных величин Условия вариантов задачи
- •Методические указания
- •Примеры
- •Контрольная работа №2. Математическая статистика Задача 10. Обработка одномерной выборки Условие задачи
- •Методические указания
- •Оценка закона распределения
- •Точечные оценки числовых характеристик
- •Интервальные оценки числовых характеристик
- •Проверка статистических гипотез
- •Примеры
- •Задача 11. Обработка двухмерной выборки Условие задачи
- •Методические указания
- •Оценка регрессионных характеристик
- •Примеры
- •8,74746;
- •8,86278
Задача 11. Обработка двухмерной выборки Условие задачи
По выборке двухмерной случайной величины:
- вычислить точечную оценку коэффициента корреляции;
- вычислить интервальную оценку коэффициента корреляции (γ = 0,95);
- проверить гипотезу об отсутствии корреляционной зависимости;
-
вычислить оценки параметров a0
и a1
линии
регрессии
;
- построить диаграмму рассеивания и линию регрессии.
Необходимая для выполнения задачи выборка, объемом 25 пар значений двумерной величины, содержится в индивидуальном задании студента.
Методические указания
Пусть проводится n независимых опытов, в каждом из которых двухмерная случайная величина (X,Y) принимает определенные значения и результаты опытов представляют собой двухмерную выборку вида
![]()
Статистическая обработка двухмерных массивов данных включает в себя обработку и анализ составляющих X и Y как одномерных величин, и вычисление оценок и анализ параметров, присущих только двухмерным (многомерным) случайным величинам.
Как правило, определяются следующие оценки:
– математических ожиданий случайных величин X и Y:
(11.1)
– дисперсий случайных величин X и Y:
(11.2)
Состоятельная несмещенная оценка корреляционного момента равна
(11.3)
где
– значения,
которые приняли случайные величины X
и Y
в i-м
опыте;
–средние
значения случайных величин X
и Y
соответственно.
Состоятельная оценка коэффициента корреляции равна
(11.4)
где
– оценкисреднеквадратического
отклонения
случайных
величин X
и Y
соответственно.
Доверительный интервал для коэффициента корреляции с надежностью γ для случая двумерного нормального распределения имеет вид
(11.5)
где
;
;
–значение
аргумента функции Лапласа, т.е.
.
Гипотеза об отсутствии корреляционной зависимости. Предполагается, что двухмерная случайная величина (X, Y) распределена по нормальному закону. Алгоритм проверки следующий.
1. Формулируется гипотеза:
:
;
:
.
Здесь
– теоретический коэффициент корреляции.
2.
Вычисляется оценка коэффициента
корреляции
по
формуле (11.4).
3. Если объем выборки не велик ( n < 50 ), то определяется значение критерия
, (11.6)
который
распределен по закону Стьюдента с
степенями свободы, если гипотеза
верна.
4.
По заданному уровню значимости
вычисляется доверительная вероятность
и из таблицы Стьюдента выбирается
критическое значение
.
5.
Если
,
то гипотеза
отклоняется, т.е. величиныX,
Y
коррелированны. В противном случае
гипотеза
принимается.
3*. Если объем выборки велик (n ≥ 50 ), то определяется значение критерия
, (11.7)
который
распределен по нормальному закону, если
гипотеза
верна.
4*.
По заданному уровню значимости
из таблицы функции Лапласа определяется
критическое значение
,
т.е.
.
5*.
Если
,
то гипотеза
отклоняется, а следовательно, величиныX,
Y
коррелированны. В противном случае
гипотеза
принимается.
Оценка регрессионных характеристик
Регрессией
случайной величины Y
на x
называется условное математическое
ожидание
случайной
величиныY
при условии, что X
= x.
Регрессия Y
на x
устанавливает зависимость среднего
значения величины Y
от величины X.
Если случайные величины
X и Y
независимы, то
![]()
Необходимо
на основании имеющейся выборки выявить
характер связи между величинами
X, Y,
т.е. получить оценку условного
математического ожидания
оценку регрессии Y
на х.
Данная оценка представляет собой
некоторую функцию:
,
где
– неизвестные параметры.
Для
определения типа зависимости строится
диаграмма
рассеивания
или корреляционное
поле, которую
можно получить, если результаты опытов
изобразить в виде точек на плоскости в
декартовой системе координат. На
основании анализа корреляционного поля
выбираем тип линии
регрессии
.Значения
параметров
для выбранного типа определяются так,
чтобы функция
наилучшим
образом соответствовал бы неизвестной
регрессии
,
т.е. ее значения должны быть приблизительно
равны средним арифметическим значенийY
для каждого значения Х
= х.
Если величины X и Y распределены по нормальному закону, то регрессия является линейной:
![]()
Оценки
параметров для линейной регрессии
определяются по формулам
(11.8)
где
– оценки математического ожидания
величинX
и Y;
–оценка
дисперсии величины X;
–оценка
корреляционного момента величин X
и Y.
Для
визуальной проверки правильности
вычисления величин
необходимо построить диаграмму
рассеивания и график
.
Если оценки параметров
рассчитаны без грубых ошибок, то сумма
квадратов отклонений всех значений
(точек) двухмерной выборки
от прямой
должна быть минимально возможной.
