2.1 Теоретическое введение
Случайной называется переменная величина, принимающая различные числовые значения в зависимости от случая. В различных практических задачах используются два вида случайных величин - дискретные и непрерывные.
Случайная величина называется дискретной, если значения, которые она может принять, можно пронумеровать, или, иначе говоря, которая может принимать значения, образующие счетные множества.
Законом распределения случайной величины X называется соответствие между значениями случайной величины и вероятностями их реализации. Закон распределения может быть задан таблицей, формулой или графиком.
Генерация случайной величины, распределенной по равномерному закону
Дискретное равномерное распределение - это такое распределение, для которого вероятность каждого из значений случайной величины одна и та же, т.е.
Р(х)=1/N,
где N – количество возможных значений случайной величины.
Для получения случайной величины, распределенной по равномерному закону, в библиотеке Мастера функций табличного процессов в категории Математические есть специальная функция СЛЧИС(), которая генерирует случайные вещественные числа в диапазоне 0-1. Функция не имеет параметров. Если необходимо сгенерировать случайные числа в другом диапазоне, то для этого следует использовать формулу
=СЛЧИС()*(b-a)+a,
где a – число, устанавливающее нижнюю границу диапазона;
b – число, устанавливающее верхнею границу диапазона;
Например, для генерации чисел, распределенных по равномерному закону в диапазоне 10-20, нужно в ячейку рабочего листа ввести формулу
=СЛЧИС()*(20-10) + 10.
Для генерации целых случайных чисел, равномерно распределенных в диапазоне между двумя заданными числами, в библиотеке табличного процессора есть специальная функция СЛУЧМЕЖДУ. Функция имеет параметры
СЛУЧМЕЖДУ(Нижн_гран; Верхн_гран),
где Нижн_гран - число, устанавливающее нижнюю границу диапазона;
Верхн_гран - число, устанавливающее верхнюю границу диапазона.
Пример 2.1 Требуется создать массив из 10 чисел, распределенных равномерно в диапазоне 50-100.
Решение
Выделим диапазон, включающий 10 ячеек рабочего листа, например В2:В12.
Выполним команду меню Вставка/Функция.
В открывшемся окне диалога выберем категорию Математические, в списке функций - СЛЧИС, появится окно диалога СЛЧИС.
Нажмем комбинацию клавиш <Ctrl> + <Shift> + <Enter> -в выделенном диапазоне будут помещены числа, распределенные по равномерному закону в диапазоне 0-1.
Щелкнем указателем мыши в строке формул и изменим имеющуюся там формулу, приведя ее к виду: =СЛЧИС()*(100-50)+50.
6. Нажмем комбинацию клавиш <Ctrl> + <Shift> + <Enter> -в выделенный диапазон будут помещены числа, распределенные поравномерному закону в диапазоне 50-100 (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Генерация случайных чисел в табличном процессоре
В табличном процессоре для генерации случайных чисел есть специальный инструмент Генерация случайных чисел. Этот инструмент позволяет генерировать числа, распределенные по различным законам. В их число входят:
- равномерное распределение - инструмент позволяет генерировать заданное количество случайных чисел (по умолчанию в интервале 0-1);
- нормальное распределение - характеризуется средним значением и стандартным отклонением. Инструмент позволяет генерировать заданное количество случайных чисел, по умолчанию используется среднее значение 0 и стандартное отклонение 1;
- биноминальное распределение - характеризуется вероятностью успеха для некоторого числа испытаний, например можно сгенерировать случайные двухальтернативные переменные по числу испытаний, сумма которых будет биноминальной случайной величиной;
- дискретное распределение - характеризуется значением и соответствующим ему интервалом вероятности. Величины значений предварительно формируются в диапазоне ячеек в виде столбца, в смежном столбце, правее первого, указываются и соответствующие вероятности. Сумма вероятностей должна быть равна единице;
- распределения Бернулли, Пуассона и Модельное.
Для включения инструмента Генерация случайных чисел нужно выполнить команду меню Сервис/Анализ данных, в открывшемся окне диалога Анализ данных выбрать в списке Генерация случайных чисел (рис. 2.1) - откроется диалоговое окно Генерация случайных чисел (рис. 2.2)
Рис. 2.2
В рабочие поля группы Параметры вводятся параметры выбранного распределения. В поле Случайное рассеивание вводится произвольное значение, для которого нужно генерировать случайные числа. В поле Выходной диапазон вводится ссылка на верхнюю левую ячейку выходного диапазона.
Рассмотрим на примерах технологию применения инструмента Генерация случайных чисел для генерации случайных чисел с различными законами распределения.
Пример 2.2 Требуется создать массив из 20 чисел, распределенных по равномерному закону в диапазоне 10-50.
Решение
Включим инструмент Генерация случайных чисел.
В поле Число случайных чисел введем число 20.
Раскроем список Распределение и выберем из него Равномерное.
В поля Между группы Параметры введем значения 10 и 50.
Установим курсор в поле Выходной интервал и щелкнем на ячейке рабочего листа (на рисунке G1), которая будет являться самой верхней левой ячейкой диапазона для вывода результата генерации.
Щелкнем на кнопке ОК в диапазоне G1:G20 будут выведены числа, распределенные по равномерному закону на интеграле 10-50 (рис. 2.3.).
Рис. 2.3