Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Российский университет транспорта (МИИТ)»
Российская открытая академия транспорта
СОГЛАСОВАНО:
Выпускающей кафедрой
«Железнодорожная автоматика,
телемеханика и связь»
Зав. кафедрой ________ А.В. Горелик
(подпись, Ф.И.О.)
« » 20 г.
УТВЕРЖДАЮ:
Проректор - директор Российской
открытой академии транспорта
________________ В.И. Апатцев
(подпись, Ф.И.О.)
« » 20 г.
Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
Автор: Сёмочкин Е.В., к.т.н.
Дорохов В.С.
Профиль/специализация:
«Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» (СА)
«Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта» (СТ)
«Электроснабжение железных дорог» (СЭ)
Квалификация (степень) выпускника: инженер путей сообщения
Форма обучения: заочная
Москва 2017 г.
Задание на контрольную работу 3
Методические указания 6
табличного процессора 13
Пример выполнения 16
Исходные данные 16
Заключение 36
Литература 37
Тема: «ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ В
ТАБЛИЧНОМ ПРОЦЕССОРЕ»
Провести статистический и регрессионный анализ экспериментальных
данных.
На основании результатов измерения уровня помехи (таблица 1) требуется
провести статистический анализ выборки случайной величины:
Таблица 1. Результаты измерения уровня помехи
|
№ |
Уровень помехи, В (номер столбца выбирается по предпоследней цифре номера шифра) | |||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | |
|
1 |
1,361 |
-0,957 |
0,015 |
8,146 |
1,479 |
1,533 |
1,325 |
0,803 |
1,943 |
0,225 |
|
2 |
2,545 |
1,934 |
1,844 |
0,084 |
1,831 |
2,848 |
2,316 |
0,135 |
0,136 |
0,516 |
|
3 |
0,474 |
2,163 |
0,141 |
16,598 |
2,203 |
6,516 |
2,253 |
0,619 |
1,046 |
0,350 |
|
4 |
1,829 |
-2,656 |
0,072 |
0,991 |
2,955 |
0,450 |
1,645 |
1,387 |
1,559 |
1,351 |
|
5 |
1,100 |
-0,414 |
0,244 |
2,238 |
0,951 |
1,680 |
1,589 |
0,441 |
2,172 |
0,477 |
|
6 |
0,306 |
0,053 |
0,348 |
5,851 |
1,625 |
0,931 |
2,090 |
0,047 |
1,402 |
0,618 |
|
7 |
1,779 |
2,813 |
0,917 |
2,546 |
0,429 |
0,378 |
0,471 |
1,930 |
4,800 |
2,805 |
|
8 |
1,433 |
3,201 |
0,347 |
0,491 |
-0,837 |
2,348 |
2,136 |
0,153 |
1,504 |
1,272 |
|
9 |
0,495 |
0,217 |
0,126 |
3,954 |
2,861 |
1,827 |
1,463 |
0,300 |
4,956 |
3,921 |
|
10 |
-0,347 |
1,016 |
0,313 |
0,600 |
1,091 |
1,360 |
0,968 |
0,215 |
0,208 |
-1,187 |
|
11 |
0,432 |
1,294 |
0,030 |
0,746 |
-0,123 |
1,254 |
2,439 |
2,136 |
0,584 |
1,111 |
|
12 |
0,138 |
1,786 |
2,123 |
2,301 |
0,027 |
1,092 |
0,950 |
0,059 |
0,493 |
1,589 |
|
13 |
0,885 |
1,454 |
1,131 |
1,720 |
1,705 |
1,318 |
1,045 |
1,595 |
0,926 |
3,278 |
|
14 |
0,393 |
0,750 |
0,120 |
3,037 |
1,964 |
2,551 |
3,323 |
1,621 |
0,465 |
1,868 |
|
15 |
0,725 |
1,104 |
0,091 |
0,305 |
0,677 |
0,424 |
2,104 |
0,274 |
0,376 |
-1,404 |
|
16 |
1,957 |
0,132 |
0,410 |
0,553 |
2,976 |
1,473 |
2,733 |
0,047 |
0,741 |
-0,922 |
|
17 |
1,844 |
1,992 |
2,763 |
2,163 |
2,036 |
2,757 |
2,165 |
0,456 |
1,205 |
4,354 |
|
18 |
0,934 |
0,144 |
0,552 |
1,400 |
2,667 |
1,272 |
2,512 |
0,861 |
2,048 |
2,026 |
|
19 |
-0,239 |
0,700 |
0,608 |
0,108 |
1,935 |
6,867 |
1,652 |
0,930 |
3,248 |
0,996 |
|
20 |
1,740 |
1,596 |
1,721 |
1,696 |
0,359 |
2,984 |
2,915 |
0,265 |
1,385 |
-0,184 |
21 | -0,965 | 0,703 | 2,633 | 8,002 | 2,394 | 0,002 | 0,276 | 0,368 | 3,326 | -0,424 |
22 | 1,005 | 1,590 | 0,204 | 2,095 | 0,447 | 0,269 | 2,158 | 0,696 | 0,870 | -1,283 |
23 | 0,109 | 0,188 | 0,801 | 3,240 | 1,475 | 1,003 | 1,788 | 2,482 | 0,298 | -0,475 |
24 | 0,563 | 1,424 | 0,066 | 1,380 | 1,208 | 0,621 | 2,355 | 1,702 | 0,528 | 2,562 |
25 | 0,714 | 1,098 | 0,932 | 0,166 | 0,632 | 0,867 | 2,651 | 0,476 | 1,082 | 2,324 |
26 | 1,005 | 1,531 | 2,146 | 2,311 | -0,022 | 0,627 | 1,846 | 0,021 | 0,193 | 2,064 |
27 | 1,464 | 4,357 | 1,001 | 1,100 | 1,813 | 0,236 | 2,681 | 0,019 | 1,384 | -0,486 |
28 | 2,107 | 1,384 | 2,616 | 0,629 | 2,079 | 1,386 | 0,872 | 2,888 | 3,503 | 0,421 |
29 | 0,714 | 0,749 | 0,443 | 2,742 | 1,306 | 0,226 | 3,346 | 0,881 | 0,835 | 3,250 |
30 | 0,710 | 3,157 | 0,560 | 5,393 | 2,331 | 3,362 | 2,918 | 0,922 | 0,681 | 1,033 |
31 | 0,328 | 3,726 | 2,747 | 2,643 | 1,453 | 1,793 | 2,043 | 1,196 | 0,106 | 0,536 |
32 | 0,779 | -0,847 | 1,330 | 2,632 | 1,167 | 0,150 | 2,063 | 2,949 | 1,919 | 0,361 |
33 | 0,955 | 3,561 | 0,728 | 0,257 | -0,293 | 1,356 | 1,069 | 0,517 | 0,117 | 1,556 |
34 | 1,082 | -0,365 | 1,311 | 2,038 | 0,643 | 7,007 | 1,249 | 1,096 | 0,632 | 1,695 |
35 | 0,419 | -0,740 | 0,502 | 0,790 | 2,473 | 1,009 | 1,916 | 0,081 | 0,575 | 0,889 |
36 | 0,973 | 0,675 | 0,701 | 2,479 | 1,345 | 0,346 | 1,776 | 3,664 | 0,271 | 1,116 |
37 | 0,915 | 1,215 | 0,256 | 4,639 | 1,247 | 0,402 | 2,642 | 0,453 | 0,692 | 1,591 |
38 | 0,285 | 2,527 | 0,707 | 5,212 | 2,509 | 2,245 | 0,842 | 2,267 | 0,489 | -0,081 |
39 | 1,124 | 1,168 | 0,003 | 2,155 | 1,708 | 2,317 | 2,409 | 0,512 | 2,526 | 0,812 |
40 | 0,986 | -1,020 | 0,723 | 0,645 | 1,530 | 0,471 | 1,839 | 3,882 | 4,148 | -1,048 |
На основании результатов измерения зависимости напряжения сигнального
тока от силы тока (таблица 2) требуется провести регрессионный анализ:
Таблица 2. Результаты измерения зависимости напряжения сигнального тока от
силы тока.
I, А | U, В (номер столбца выбирается по последней цифре номера шифра) | |||||||||
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
0,800 | 11,367 | 15,393 | 25,725 | 1,527 | 5,817 | 48,135 | 0,533 | 6,546 | 0,201 | 23,189 |
1,000 | 10,868 | 15,475 | 25,975 | 5,005 | 7,878 | 47,335 | 1,375 | 7,212 | 1,975 | 22,645 |
1,400 | 8,991 | 14,589 | 25,617 | 10,685 | 10,312 | 44,363 | 2,009 | 7,546 | 4,881 | 20,507 |
1,500 | 8,680 | 14,494 | 25,694 | 12,184 | 11,086 | 43,679 | 2,294 | 7,767 | 5,819 | 20,099 |
1,800 | 7,718 | 14,105 | 25,917 | 16,465 | 13,198 | 41,363 | 3,045 | 8,359 | 8,733 | 18,771 |
1,900 | 7,988 | 14,544 | 26,592 | 18,423 | 14,735 | 41,106 | 3,864 | 9,136 | 10,341 | 18,897 |
2,100 | 7,562 | 14,425 | 26,993 | 21,287 | 16,288 | 39,516 | 4,505 | 9,709 | 12,662 | 18,152 |
2,200 | 6,520 | 13,521 | 26,373 | 21,846 | 15,784 | 37,836 | 3,981 | 9,160 | 13,029 | 16,935 |
2,300 | 6,363 | 13,493 | 26,645 | 23,261 | 16,584 | 37,004 | 4,333 | 9,492 | 14,306 | 16,594 |
2,500 | 6,729 | 14,091 | 27,891 | 26,691 | 19,137 | 35,916 | 5,691 | 10,829 | 17,616 | 16,566 |
2,800 | 5,591 | 13,237 | 28,129 | 29,944 | 20,269 | 32,332 | 5,977 | 11,133 | 21,085 | 14,773 |
2,900 | 5,526 | 13,252 | 28,540 | 31,289 | 21,076 | 31,382 | 6,372 | 11,547 | 22,609 | 14,475 |
3,000 | 5,134 | 12,933 | 28,633 | 32,283 | 21,374 | 30,073 | 6,433 | 11,634 | 23,833 | 13,843 |
3,300 | 4,071 | 12,046 | 29,078 | 35,220 | 22,316 | 26,053 | 6,686 | 12,011 | 27,779 | 12,017 |
3,400 | 4,823 | 12,843 | 30,351 | 37,255 | 24,251 | 25,753 | 7,863 | 13,245 | 30,255 | 12,501 |
3,500 | 4,337 | 12,397 | 30,397 | 38,027 | 24,311 | 24,182 | 7,797 | 13,243 | 31,522 | 11,742 |
3,600 | 3,477 | 11,571 | 30,079 | 38,400 | 23,791 | 22,204 | 7,351 | 12,870 | 32,443 | 10,603 |
|
3,700 |
3,848 |
11,970 |
31,002 |
39,981 |
25,101 |
21,426 |
8,130 |
13,730 |
34,623 |
10,689 |
|
3,900 |
3,500 |
11,663 |
31,791 |
41,979 |
26,033 |
18,682 |
8,583 |
14,372 |
37,980 |
9,756 |
|
4,000 |
3,520 |
11,697 |
32,397 |
43,137 |
26,765 |
17,457 |
8,997 |
14,893 |
39,897 |
9,477 |
|
4,100 |
3,867 |
12,051 |
33,339 |
44,597 |
27,969 |
16,526 |
9,731 |
15,744 |
42,168 |
9,518 |
|
4,200 |
3,306 |
11,494 |
33,386 |
45,126 |
27,797 |
14,656 |
9,554 |
15,694 |
43,562 |
8,648 |
|
4,400 |
3,221 |
11,402 |
34,550 |
47,152 |
28,958 |
11,860 |
10,222 |
16,645 |
47,474 |
7,930 |
|
4,600 |
2,990 |
11,148 |
35,616 |
48,940 |
29,838 |
8,794 |
10,728 |
17,475 |
51,360 |
7,050 |
|
4,700 |
3,039 |
11,179 |
36,331 |
49,964 |
30,501 |
7,379 |
11,139 |
18,064 |
53,512 |
6,768 |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
В качестве основных характеристик случайных величин рассматриваются:
Пусть имеется выборка случайной величины X: X1, X2, … , Xn , где n – объем
выборки.
Средним арифметическим выборки называется частное от деления суммы
всех значений выборки на объем этой выборки:
n
X = -=1---.
n
Средним линейным отклонением называется среднее из абсолютных (по
модулю) отклонений значений выборки от их среднего арифметического:
n
XIX - X
d = -=1---------.
n
Дисперсией называется среднее арифметическое квадратов отклонений
значений от их среднего арифметического:
X (X. - X )2
D = -=1----------.
n
Средним квадратическим отклонением называется квадратный корень из
дисперсии:
.=1
n
Для вычисления приведенных показателей в табличном процессоре
(например, MS Excel) необходимо использовать функции:
=СРЗНАЧ(число1; число2; ...),
=СРОТКЛ(число1; число2; ...),
=ДИСПР(число1; число2; ...),
=СТАНДОТКЛОНП(число 1; число2; .).
Закон распределения случайной величины - это соотношение,
устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины и
соответствующими им вероятностями.
Закон распределения случайной величины характеризуется функцией и
плотностью распределения.
Функция распределения - функция F(x), равная для каждого значения x
вероятности того, что случайная величина X примет значение меньше x:
F (x ) = P (X < x).
Плотность распределения - это функция f(x), равная производной от
функции распределения:
f (x ) = F' (x).
Среди основных законов распределения случайной величины можно
выделить следующие.
Равномерный закон распределения.
Пусть x - это случайное число, распределенное по равномерному закону в
интервале (a, b). Тогда функция равномерного закона распределения имеет вид:
|
'0 |
,при x< a |
|
F (x )JxZa |
, при a < x < b |
Плотность равномерного закона распределения (рис. 1):
1
b — a
[0
, при a < x < b
, при x < a или x > b
Рисунок 1. График плотности распределения вероятностей равномерной
случайной величины
Нормальный закон распределения.
Функция нормального закона распределения имеет вид:
I x (t - x )2
F(x) = [ e 2°2 dt.
V 2na 1
Плотность нормального закона распределения (рис. 2):
f(x) =
1
V2n^
( x - x )2
Рисунок 2. График плотности распределения вероятностей нормальной случайной
величины
Экспоненциальный (показательный) закон распределения.
Функция экспоненциального закона распределения имеет вид:
F (x ) =
'1 - Л- e-
0
,при x> 0
,при x< 0
где Л - параметр экспоненциального распределения.
Плотность экспоненциального закона распределения (рис. 3):
- Л-x
f (x) =
Л-e
5
1°
,при x> °
,при x<°
Рисунок 3. График плотности распределения вероятностей экспоненциальной
случайной величины
Чтобы сделать предположение о том, к какому закону распределения
относится выборка случайной величины, можно использовать график частоты
выборочного значения, который при достаточном объеме выборки по характеру
совпадает графиком плотности распределения вероятности случайной величины.
Построение графика или гистограммы частоты выборочного значения
производится с помощью функции табличного процессора MS Excel
«Гистограмма». Вызов данной функции выполняется во вкладке панели быстрого
доступа «Данные», в разделе «Анализ», далее кнопка «Анализ данных». В
появившемся окне необходимо выбрать пункт «Гистограмма». В графе «Входной
интервал» требуется указать диапазон округлённых значений оцениваемых
случайных величин. Для получения значений округлённых значений случайных
величин необходимо воспользоваться функцией =ОКРУГЛ (число; число
разрядов). В графе «Интервал карманов» указывается диапазон содержащий
перечень различных округлённых значений оцениваемых случайных величин.
«Выходной интервал» – интервал ячеек предназначенных для вывода результата
функции «Гистограмма». Так же необходимо поставить галочку в пункте «Вывод
графика».
Проверка гипотезы о виде распределения выборки случайной величины
производится по критерию Пирсона. Сначала формулируются нулевая (Н0) и
альтернативная (Н1) гипотезы. Гипотеза Н0 – это гипотеза о том, что выборка
случайной величины подчиняется предполагаемому закону распределения.
Гипотеза Н1 – это гипотеза о том, что выборка случайной величины не
подчиняется предполагаемому закону распределения.
Используя уровень значимости равный 0,05, критическое значение χ2
статистики (критерий Пирсона) определяется по формуле:
X2 = S
(f 0 - f в )2 .
;
где f0 – наблюдаемая частота,
fв – теоретическая, или ожидаемая частота.
Решающее правило формулируется следующим образом: гипотеза Н0
отклоняется, если %2 > %2KP, в противном случае гипотеза Н0 не отклоняется.
X2КР — это табличное значение критерия, которое берётся в соответствии с
заданными значениями уровня значимости, количества степеней свободы и
количества оцениваемых параметров.
Чтобы провести проверку гипотезы о виде распределения выборки
случайной величины по критерию Пирсона с использованием табличного
процессора MS Excel выполняется следующая последовательность действий.
Сначала производится вычисление ni (частоты выборочных значений xi).
Это возможно сделать воспользовавшись функцией =СЧЁТЕСЛИ(диапазон
проверяемых значений; критерий по которому производится проверка).
Затем требуется вычислить значение теоретической вероятности pi.
Проверка гипотез о равномерном, нормальном или экспоненциальном
распределении отличается формулой вычисления pi.
Для проверки гипотезы о равномерном распределении значение
теоретической вероятности pi вычисляется по формуле: pt = a - b. Параметры
равномерного распределения a и b являются решением системы уравнений:
X=a-+b
2
b - a ’
° = ITT
Для проверки гипотезы о нормальном распределении используется функция
=НОРМРАСП(xi; X ; о; 1).
Для проверки гипотезы об экспоненциальном распределении используется
функция =ЭКСПРАСП(хг; Л; 1),
где Л - параметр экспоненциальной функции, вычисляется по формуле:
Л=Dd ■
Вычисляется теоретическая частота выборочного значения xi по формуле:
П = n • P,,
где n - количество наблюдений, объём выборки.
Затем вычисляется наблюдаемое значение случайной величины:
k
X2 =Z
=i
(п - n)
п
Для упрощения написания формулы в табличном процессоре процесс
вычисления формулы для вычисления наблюдаемого значение случайной
величины возможно разделить на два действия: деление и сумма результатов
деления.
Критическое значение случайной величины х2 возможно определить с
помощью функции
х2 кр =ХИ2ОБР( а, r)
где a - уровень значимости, требуемая вероятность, которая принимается равной
значению 0,05;
r - количество степеней свободы.
Расчет количества степеней свободы производится по формуле:
r = k - p -1,
где k - количество категорий (количество различных округлённых значений),
р - количество оцениваемых параметров закона распределения.
Если проводиться проверка гипотезы о нормальном распределении
случайной величины, то количество оцениваемых параметров (p) равно 2
(средние арифметическое и среднее квадратическое отклонение выборки). Если
проводиться проверка гипотезы о равномерном распределении случайной
величины, то p также равно 2 (параметры a и b). При проверке гипотезы об
экспоненциальном распределении случайной величины p = 1 (параметр λ).
Сравнив χ2кр и χ2 можно сделать вывод о значимости гипотезы: если χ2кр > χ2,
то гипотеза принимается с уровнем значимости a, в противном случае гипотеза
отвергается.
Зачастую, регрессия подаётся в виде простого уравнения, которое
раскрывает зависимость и силу связи между двумя группами числовых
переменных, одна из которых называется зависимой (эндогенной), а вторая -
независимой (экзогенной или фактором). Если есть группа взаимосвязанных
показателей, то зависимая переменная выбирается логическими размышлениями,
а остальные выступают независимыми. То есть, если у нас есть расстояние между
городами и затраты на путешествие, то вполне ясно, что затраты будут зависеть
от расстояния. Уравнения бывают двух видов: линейные и нелинейные (это уже
чистая математика). Стоит рассмотреть каждый из видов.
Линейное уравнение иллюстрирует строго линейную связь между
переменными, то есть в нём отсутствуют степени, дроби, тригонометрические
функции. Решается стандартными математическими способами.
Уравнение линейной регрессии имеет вид: y = f (x) = a + bx.
Логично предположить, что в нелинейный класс уравнений входит всё то,
что не вошло в линейный. Решаются такие уравнения сведением к линейному
типу, а дальше – по накатанной дорожке.
Уравнения нелинейной регрессии:
|
— полиномиальная функция |
y = f (x) = a + bx + bx2 + bx3; |
|
— гиперболическая |
y = f (x) = a + b + e; x |
|
— степенная модель |
y = f (x ) = axb; |
|
— показательная модель |
y = f (x ) = abx; |
|
— экспоненциальная модель |
y = f (x ) = ea+bx. |
|
Регрессия бывает двух видов: |
парная (линейная и нелинейная) и |
множественная (линейная и нелинейная). Разница между ними в виде уравнения и
количестве независимых переменных. Парная регрессия – это, когда одна
зависимая переменная и одна независимая, в множественной – независимых
переменных несколько. В природе имеет место исключительно множественная
регрессия, так как нельзя ограничить внешнее влияние на какое-то явление строго
одним фактором.
Парная (её ещё называют двухфакторной) модель проста в использовании,
так как имеется всего две переменные: эндогенная и экзогенная. Что позволяет
просто решить уравнение и провести анализ.
Данный раздел посвящён построению и исследованию уравнения линейной
регрессии вида y = f (x) = a + bx
Построение линейной регрессии сводится к оценке ее параметров a, b.
Классический подход к оцениванию параметров линейной регрессии
основан на методе наименьших квадратов (МНК).
Коэффициенты, определяемые на основе МНК, являются решением
системы уравнений:
Решая эту систему уравнений, получим
a = y - bx,
xy - xy _ cov(x,y)
x xx
где cov(x, y)=xy - xy - выборочная ковариация;
S 2 – выборочное значение дисперсии величины x, определяемой по формуле:
s; =-(XI
В вычислительной среде табличного процессора MS Excel эта задача
(нахождение коэффициентов уравнения линейной регрессии) решается при
помощи статистических функций НАКЛОН(наклон прямой относительно оси Х,
коэффициент b) и ОТРЕЗОК(отрезок, отсекаемый прямой на оси Y, коэффициент
a ).
Статистическая функция КВПИРСОН вычисляет значение коэффициента
детерминации.
Команда «Добавить линию тренда» используется для выделения тренда
(медленных изменений) при анализе временных рядов. Однако эту команду
можно использовать и для построения уравнения нелинейной регрессии,
рассматривая в качестве времени t независимую переменную x.
Эта команда позволяет построить следующие уравнения регрессии:
— экспоненциальная.
Для построения одной из перечисленных регрессий необходимо выполнить
следующие шаги:
Шаг 1. Ввести по столбцам исходные данные
Шаг 2. По этим данным построить график в декартовой системе координат
Шаг 3. Установить курсор на любую точку построенного графика, сделать
щелчок правой кнопкой и в появившемся контекстном меню выполнить
команду «Добавить линию тренда».
Шаг 4. В появившемся диалоговом окне выбрать нужное уравнение
регрессии.
Шаг 5. «Включить» необходимые опции:
«Показать уравнение на диаграмме» – на диаграмме будет показано
выбранное уравнение регрессии с вычисленными коэффициентами;
«Поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации
(R2)» – на диаграмме будет показано значение коэффициента детерминации (для
нелинейной регрессии индекс детерминации R2).
Если по построенному уравнению регрессии необходимо выполнить
прогноз, то нужно указать число периодов прогноза.
Шаг 6. После задания всех перечисленных опций на диаграмме появится
формула построенного уравнения регрессии и значение индекса детерминации R2.
Шифр: 1210-п/СДс5681
Результаты измерения уровня помехи, для которых необходимо провести
статистический анализ выборки, приведен в таблице 1.
Таблица 1. Результаты измерения уровня помехи
№ п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
U, В | 3,484 | 3,443 | 2,763 | 1,934 | 1,574 | 1,925 | 2,648 | 2,197 | 1,257 | 2,074 |
№ п/п | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
U, В | 1,73 | 1,94 | 2,9 | 0,501 | 3,013 | 2,262 | 2,737 | 3,25 | 2,526 | 0,506 |
№ п/п | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
U, В | 3,224 | 0,462 | 2,654 | 2,962 | 3,08 | 2,431 | 3,774 | 2,566 | 4,314 | 1,609 |
№ п/п | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
U, В | 2,564 | 4,321 | 3,458 | 3,433 | 1,306 | 2,212 | 3,577 | 2,09 | 1,992 | 2,61 |
Результаты измерения зависимости напряжения сигнального тока от
значения силы тока, на основании которых необходимо провести регрессионный
анализ, приведены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты измерения зависимости напряжения сигнального тока от
силы тока
|
I, А |
0,80 |
1,00 |
1,40 |
1,50 |
1,80 |
1,90 |
2,10 |
2,20 |
2,30 |
|
U, В |
9,975 |
10,045 |
9,207 |
9,139 |
8,867 |
9,357 |
9,358 |
8,523 |
8,570 |
|
I, А |
2,50 |
2,80 |
2,90 |
3,00 |
3,30 |
3,40 |
3,50 |
3,60 |
3,70 |
|
U, В |
9,336 |
8,779 |
8,905 |
8,703 |
8,203 |
9,141 |
8,842 |
8,169 |
8,727 |
|
I, А |
3,90 |
4,00 |
4,10 |
4,20 |
4,40 |
4,60 |
4,70 | ||
|
U, В |
8,756 |
8,967 |
9,504 |
9,136 |
9,440 |
9,606 |
9,856 |
Для оценки характеристик выборки, которой являются результаты
измерения уровня помехи, необходимо перенести данные из таблицы 1 на
рабочий лист табличного процессора MS Excel. Указанные данные размещены в
ячейках A11:A50 (рисунок 1).
Рисунок 1. Данные результатов измерений уровня помехи, перенесенные на
рабочий лист MS Excel
Среднее арифметическое выборки
Среднее арифметическое выборки представляет собой частное от деления
суммы всех значений выборки на объем этой выборки:
n
n
(1)
Также в табличном процессоре Excel существует встроенная функция для
вычисления среднего: СРЗНАЧ(диапазон ячеек со значениями выборки).
Результат расчета среднего арифметического выборки двумя способами
приведен на рисунке 2. В ячейке С3 записана формула (1) для вычисления
среднего арифметического выборки записанной в диапазоне ячеек A11:A50. А в
ячейке D3 та же задача реализована с помощью функции Excel =СРЗНАЧ.
C3^ A I =СУММ(А11:А50)/С2
A BCD
_____________n=|_____________4o|_____________
Сред. Арифм.=| 2,482575| 2,482575
2
3
Рисунок 2. Среднее арифметическое выборки
Среднее линейное отклонение
Средним линейным отклонением называется среднее из абсолютных (по
модулю) отклонений значений выборки от их среднего арифметического:
n
d = ------- (2)
n
Для расчета среднего линейного отклонения выборки в табличном
процессоре Excel необходимо сначала рассчитать отклонение каждого значения
выборки от среднего арифметического выборки (рисунок 3, ячейки B11:B50).
СИ | £ =В11Л2 | |||
А | В | С | D | |
11 | 3,484 | 1,0014250 | 1,0028520 | з |
12 | 3,443 | 0,9604250 | 0,9224162 | 3 |
13 | 2,763 | 0,2804250 | 0,0786382 | 3 |
14 | 1,934 | 0,5485750 | 0,3009345 | 2 |
15 | 1,574 | 0,9085750 | 0,8255085 | 2 |
16 | 1,925 | 0,5575750 | 0,3108899 | 2 |
17 | 2,648 | 0,1654250 | 0,0273654 | 3 |
18 | 2,197 | 0,2855750 | 0,0815531 | 2 |
19 | 1,257 | 1,2255750 | 1,5020341 | 1 |
20 | 2,074 | 0,4085750 | 0,1659335 | 2 |
21 | 1=73 | 0,7525750 | 0,5663691 | 2 |
22 | 1,94 | 0,5425750 | 0,2943876 | 2 |
23 | 2,9 | 0,4174250 | 0,1742436 | 3 |
24 | 0,501 | 1,9815750 | 3,9266395 | 1 |
25 | 3,013 | 0,5304250 | 0,2813507 | 3 |
26 | 2,262 | 0,2205750 | 0,0486533 | 2 |
27 | 2,737 | 0,2544250 | 0,0647321 | 3 |
28 | 3,25 | 0,7674250 | 0,5889411 | 3 |
29 | 2,526 | 0,0434250 | 0,0018857 | 3 |
30 | 0,506 | 1,9765750 | 3,9058487 | 1 |
31 | 3,224 | 0,7414250 | 0,5497110 | 3 |
32 | 0,462 | 2,0205750 | 4,0827233 | 0 |
33 | 2,654 | 0,1714250 | 0,0293855 | 3 |
34 | 2,962 | 0,4794250 | 0,2298483 | 3 |
35 | 3,08 | 0,5974250 | 0,3559166 | 3 |
36 | 2,431 | 0,0515750 | 0,0025600 | 2 |
37 | 3,774 | 1,2914250 | 1,6677785 | 4 |
38 | 2,566 | 0,0834250 | 0,0059597 | 3 |
39 | 4,314 | 1,8314250 | 3,3541175 | 4 |
40 | 1,609 | 0,8735750 | 0,7631333 | 2 |
41 | 2,564 | 0,0814250 | 0,0055300 | 3 |
42 | 4,321 | 1,8384250 | 3,3798055 | 4 |
43 | 3,458 | 0,9754250 | 0,9514539 | 3 |
44 | 3,433 | 0,9504250 | 0,9033077 | 3 |
45 | 1,306 | 1,1765750 | 1,3843287 | 1 |
46 | 2 212 | 0,2705750 | 0,0732108 | 2 |
47 | 3,577 | 1,0944250 | 1,1977651 | 4 |
48 | 2,09 | 0,3925750 | 0,1541151 | 2 |
49 | 1,992 | 0,4905750 | 0,2406638 | 2 |
50 | 2,61 | 0,1274250 | 0,0162371 | 3 |
Рисунок 3. Результаты расчета отклонения каждого значения выборки от их
среднего арифметического
Затем производится расчет среднего линейного отклонения выборки на
основании формулы (2). Результат данного расчета представлен на рисунке 4.
Рисунок 4. Среднее линейное отклонение выборки
Дополнительно произведен расчет среднего линейного отклонения выборки
с помощью встроенной функции Excel (рисунок 5): СРОТКЛ(диапазон ячеек со
значениями выборки).
Рисунок 5. Среднее линейное отклонение, определенное с использованием
встроенной функции
Дисперсия и среднее квадратическое отклонение выборки
Дисперсией называется среднее арифметическое квадратов отклонений
значений от их среднего арифметического:
Z (X, - X )2
D = ^------- (3)
n
Для вычисления дисперсии выборки в табличном процессоре Excel
необходимо рассчитать квадрат отклонения каждого значения выборки от
среднего арифметического выборки (рисунок 3, ячейки B11:B50).
Затем производится непосредственный расчет дисперсии выборки на
основании формулы (3). Результат расчета дисперсии выборки представлен на
рисунке 6.
Рисунок 6. Дисперсия выборки
В дополнение произведен расчет дисперсии выборки с помощью
встроенной функции Excel (рисунок 7): ДИСПР(диапазон ячеек со значениями
выборки).
Рисунок 7. Дисперсия выборки, рассчитанная с использованием встроенной
функции
Средним квадратическим отклонением называется квадратный корень из
дисперсии:
n
Z(Xi - X)2
(4)
Результат расчета среднее квадратического отклонения выборки
представлен на рисунке 8.
Рисунок 8. Среднее квадратическое отклонение выборки
Дополнительно произведен расчет среднего квадратического отклонения
выборки с помощью встроенной функции Excel (рисунок 9): СТАНДОТКЛОНП
(диапазон ячеек со значениями выборки).
Рисунок 9. Среднее квадратическое отклонение выборки, рассчитанное с
использованием встроенной функции
Таким образом, получены следующие значения характеристик выборки
случайной величины:
Для определения вида распределения выборки можно использовать график
частоты выборочного значения, который при достаточном объеме выборки по
характеру совпадает графиком плотности распределения вероятности случайной
величины. Для этого необходимо воспользоваться функцией табличного
процессора MS Excel «Гистограмма». Вызов данной функции возможно сделать
перейдя во вкладку панели быстрого доступа «Данные», в разделе «Анализ»
выбрать «Анализ данных», затем выбрать пункт «Гистограмма». В графе
«Входной интервал» требуется указать диапазон округлённых значений
оцениваемых случайных величин. Для получения значений округлённых
значений случайных величин необходимо воспользоваться функцией
=ОКРУГЛ(число; число разрядов). В графе «Интервал карманов» указывается
диапазон ячеек содержащий перечень различных округлённых значений
оцениваемых случайных величин. «Выходной интервал» - интервал ячеек
предназначенных для вывода результата функции «Гистограмма». Так же следует
поставить галочку в пункте «Вывод графика».
Рисунок 10. Частота выборочного значения и гистограмма распределения
значений помехи
Построенная гистограмма (рисунок 10) позволяет сделать предположение
о нормальном виде распределения величины значения уровня помехи.
Проверка гипотезы о виде распределения
Применение критерия Пирсона для оценки гипотезы распределения
случайной величины с помощью табличного процессора Excel.
Сравнив χ2кр и χ2 можно сделать вывод о значимости гипотезы: если
χ2кр > χ2, то гипотеза принимается с уровнем значимости a, в противном случае
гипотеза отвергается.
В первую очередь, производится округление значений выборки до целого
числа (рисунок 11А) и вычисление ni (частоты выборочных значений xi) (рисунок
11Б, ячейки F11:F15). Это возможно сделать воспользовавшись функцией
=СЧЁТЕСЛИ(диапазон проверяемых значений; критерий по которому
производится проверка). Значений совпадают с результатами, полученными в
предыдущем пункте (рисунок 10).
D11 ’ Л=ОКРУГЛ(А11;0)
А | В | С | D | |
11 | 3,484 | 1,001425 | 1,002852031 | 3 |
12 | 3,443 | 0,960425 | 0,922416181 | з( |
13 | 2,763 | 0,280425 | 0,078638181 | 3 |
14 | 1,934 | 0,548575 | 0,300934531 | 2 |
Рисунок 11.А Округление выборочных значений
F11 ’ А =СЧЁТЕСЛИ($О$11:$О$5О;Е11)
D | Е | F | G | H | 1 | ||
10 | xi | ni | Pi | ni' | ХИ2 | ||
11 | 0 | 1 | 1 0,011979 | 0,479147 | 0,566189 | ||
12 | 3 | 1 | 4 | 0,119922 | 4,796898 | 0,132387 | |
13 | 3 | 2 | 13 | 0,375621 | 15,02483 | 0,272878 | |
14 | 2 | 3 | 18 | 0,368092 | 14,72357 | 0,729051 | |
15 | 2 | 4 | 4 | 0,112855 | 4,514195 | 0,05857 | |
16 | 2 | ||||||
17 | 3 | ХИ2= | 1,759074 | ||||
18 | 2 | ХИ2кр= | 5,991455 |
Рисунок 11.Б Частота выборочных значений
Затем производится вычисление теоретической вероятности pi выборочного
значения xi.
Для проверки гипотезы о нормальном распределении используется функция
=НОРМРАСП(xi; среднее арифметическое; средне квадратическое отклонение; 1)
(рисунок 12).
G11 ▼ А =НОРМРАСП(Е11;$С$3;$С$6;0)
D | E | F | 6 | H | 1 | ||
10 | xi | ni | Pi | ni' | ХИ2 | ||
11 | 3 | 0 | 1 | 0,0119791 | 0,479147 | 0,566189 | |
12 | 3 | 1 | 4 | 0,119922 | 4,796898 | 0,132387 | |
13 | 3 | 2 | 13 | 0,375621 | 15,02483 | 0,272878 | |
14 | 2 | 3 | 18 | 0,368092 | 14,72367 | 0,729051 | |
15 | 2 | 4 | 4 | 0,112855 | 4,514195 | 0,05857 |
Рисунок 12. Теоретическая вероятность выборочного значения
Расчёт теоретической частоты n’i выборочного значения xi представлен на
рисунке 13.
Затем вычисляется теоретическая частота выборочного значения xi по
формуле:
ni = n • Pi,
где n – количество наблюдений, объём выборки.
НИ ▼ Ji =$C$2*G11
E | F | G | H | 1 | |
10 | xi | ni | Pi | ni' | ХИ2 |
u | 0 | 1 | 0,011979 | 0,479147 | 0,566189 |
12 | 1 | 4 | 0,119922 | 4,796898 | 0,132387 |
13 | 2 | 13 | 0,375621 | 15,02483 | 0,272878 |
14 | 3 | 18 | 0,368092 | 14,72367 | 0,729051 |
15 | 4 | 4 | 0,112855 | 4,514195 | 0,05857 |
Рисунок 13. Теоретическая частота выборочного значения
Наблюдаемое значение случайной величины χ2 определяется по формуле:
k
X2 =Z
i=1
(ni - ni)2
ni
Для упрощения написания формулы в табличном процессоре порядок
расчета наблюдаемого значения случайной величины можно разделить на два
действия: деление (диапазон ячеек I11:I15) и сумма результатов деления (ячейка
I16) (рисунок 14).
111 ’ A | =(F11-H11)A2/H11 | 117 ▼ А =СУММ(111:115) | |||||||||||
E | F | G | H 1 | |||||||||
E F G H 1 | 10 | xi | ni | Pi | ni1 | ХИ2 | ||||||
10 | Xi | ni | P’ | ni1 | ХИ2 | 0 | 1 | 0,011979 | 0,479147 | 0,566189 | ||
12 | 1 | 4 | 0,119922 | 4,796898 | 0,132387 | |||||||
11 | D | 1 | 0,011979 | 0,479147 | 0,566189 | |||||||
2 | 13 | 0,375621 | 15,02483 | 0,272878 | ||||||||
12 13 14 | 1 | 4 | 0,119922 | 4,796898 | 0,132387 | 13 | ||||||
14 15 | 3 | 18 | 0,368092 | 14,72367 | 0,729051 | |||||||
2 | 13 | 0,375621 | 15,02483 | 0,272878 | ||||||||
4 | 4 | 0,112855 | 4,514195 | 0,05857 | ||||||||
3 | 18 | 0,368092 | 14,72367 | 0,729051 | ||||||||
16 | ||||||||||||
15 | 4 | 4 | 0,112855 | 4,514195 | 0,05857 | 17 | ХИ2= |[ 1,7590741 | |||||
2
Рисунок 14. Вычисление наблюдаемого значения случайной величины χ2
Критическое значение случайной величины χ2 (рисунок 15) определяется с
помощью функции:
χ2кр =ХИ2ОБР(a,r),
где a – уровень значимости, требуемая вероятность (принимается равной
значению 0,05),
r – количество степеней свободы.
Расчет количества степеней свободы производится по формуле:
r = k - p -1,
где k – количество категорий (количество различных округлённых значений),
р – количество оцениваемых параметров закона распределения.
Из рисунка 14 видно (ячейки E11:E15), что имеется 5 различных
округлённых значений оцениваемой случайной величины (количество категорий
k). Так как рассматривается гипотеза о нормальном распределении, то
оцениваются два параметра (среднее арифметическое и среднее квадратическое
отклонение), то есть количество оцениваемых параметров p равно 2. Тогда
количество степеней свободы равно 2.
Рисунок 15. Критическое значение случайной величины
Так как неравенство χ2 < χ2кр выполняется, тогда гипотеза о том, что
выборка случайной величины подчиняется закону нормального распределения
при уровне значимости a = 0,05, является верной.
Для проведения регрессионного анализа результатов измерения
зависимости напряжения сигнального тока от силы тока (таблица 2) необходимо
перенести эти результаты на рабочий лист табличного процессора MS Excel.
Указанные данные размещены в ячейках N4:P29 (рисунок 16).
NOP
4 | № п/п | 1, А | и, В |
5 | 1 | 0,80 | 9,975 |
6 | 2 | 1,00 | 10,045 |
7 | 3 | 1,40 | 9,207 |
8 | 4 | 1,50 | 9,139 |
9 | 5 | 1,80 | 8,867 |
10 | 6 | 1,90 | 9,357 |
11 | 7 | 2,10 | 9,358 |
12 | 8 | 2,20 | 8,523 |
13 | 9 | 2,30 | 8,570 |
14 | 10 | 2,50 | 9,336 |
15 | 11 | 2,80 | 8,779 |
16 | 12 | 2,90 | 8,905 |
17 | 13 | 3,00 | 8,703 |
18 | 14 | 3,30 | 8,203 |
19 | 15 | 3,40 | 9,141 |
20 | 16 | 3,50 | 8,842 |
21 | 17 | 3,60 | 8,169 |
22 | 18 | 3,70 | 8,727 |
23 | 19 | 3,90 | 8,756 |
24 | 20 | 4,00 | 8,967 |
25 | 21 | 4,10 | 9,504 |
26 | 22 | 4,20 | 9,136 |
27 | 23 | 4,40 | 9,440 |
28 | 24 | 4,60 | 9,606 |
29 | 25 | 4,70 | 9,856 |
30 Сумма | 73,60 | 227,111 | |
31 | Среднее | 2,94 | 9,084 |
Рисунок 16. Исходные данные
Точечный график результатов измерения зависимости напряжения
сигнального тока от силы тока U(I) представлен на рисунке 17.
Рисунок 17. График зависимости U(I)
Расчет коэффициентов уравнения линейной регрессии
Построение линейной регрессии вида y = f (x) = a + bx сводится к оценке ее
параметров a, b.
Классический подход к оцениванию параметров линейной регрессии
основан на методе наименьших квадратов (МНК).
Коэффициенты, определяемые на основе МНК, являются решением
системы уравнений
I na + b ^ x = ^ у
[ a ^ x + b ^ x2 =^ xy .
Решением этой системы уравнение является:
a = у - bx,
_ xy - xy _ cov(x, у),
22 2
x —(x) Sx
где cov(x, y)= xy - xy - выборочная ковариация;
S 2 – выборочное значение дисперсии величины x, определяемой по формуле:
Sx = x2-(xJ.
N | 0 | P | Q | R | S | |
4 | № n/n | t, A | U, В | ru | Г2 | UA2 |
5 | 1 | 0.80 | 9,975 | 7,98 | 0,64 | 99,50 |
Б | 2 | LOO | 10,045 | 10,05 | 1,00 | 100,90 |
7 | 3 | L40 | 9,207 | 12,89 | 1,96 | 84,77 |
8 | 4 | 1-50 | 9,139 | 13,71 | 2,25 | 83,52 |
9 | 5 | 1.80 | 8.867 | 15,96 | 3,24 | 78,62 |
10 | 6 | 1.90 | 9,357 | 17,78 | 3,61 | 87,55 |
11 | 7 | 2.10 | 9,358 | 19,65 | 4,41 | 87,57 |
12 | 8 | 2,20 | 8,523 | 18,75 | 4,84 | 72,64 |
13 | 9 | 2,30 | 8,570 | 19,71 | 5,29 | 73,44 |
14 | 10 | 2,50 | 9,336 | 23,34 | 6,25 | 87,16 |
15 | 11 | 2.80 | 8,779 | 24,58 | 7,84 | 77,07 |
16 | 12 | 2,90 | 8,905 | 25,82 | 8,41 | 79,30 |
17 | 13 | 3,00 | 8,703 | 26,11 | 9,00 | 75,74 |
18 | 14 | 3,30 | 8,203 | 27,07 | 10,89 | 67,29 |
19 | 15 | 3.40 | 9,141 | 31,08 | 11,56 | 83,56 |
20 | 16 | 3,50 | 8,842 | 30,95 | 12,25 | 78,18 |
21 | 17 | 3,60 | 8,169 | 29,41 | 12,96 | 66,73 |
22 | 18 | 3,70 | 8,727 | 32,29 | 13,69 | 76,16 |
23 | 19 | 3,90 | 8,756 | 34,15 | 15,21 | 76,67 |
24 | 20 | 4,00 | 8,967 | 35,87 | 16,00 | 80,41 |
25 | 21 | 4,10 | 9,504 | 38,97 | 16,81 | 90,33 |
26 | 22 | 4,20 | 9,136 | 38,37 | 17,64 | 83,47 |
27 | 23 | 4,40 | 9,440 | 41,54 | 19,36 | 89,11 |
28 | 24 | 4,60 | 9,606 | 44,19 | 21,16 | 92,28 |
29 | 25 | 4,70 | 9,856 | 46,32 | 22,09 | 97,14 |
30 | Сумма | 73,60 | 227,111 | 666,53 | 248,36 | 2069,12 |
31 | Среднее | 2,94 | 9,084 | 26,66 | 9,93 | 82,76 |
Рисунок 18. Предварительные расчёты для вычисления коэффициентов
уравнения линейной регрессии
Коэффициент b вычисляется по формуле (рисунок 19):
xy - xy = cov(x, y)
=-(xT ’ Sx
.
Рисунок 19. Вычисление коэффициента b уравнения линейной регрессии
Коэффициент a вычисляется по формуле (рисунок 20):
a = y - bx.
Рисунок 20. Вычисление коэффициента a уравнения линейной регрессии
В вычислительной среде табличного процессора MS Excel задача
нахождения коэффициентов уравнения линейной регрессии решается при помощи
статистических функций НАКЛОН (наклон прямой относительно оси Х,
коэффициент b) и ОТРЕЗОК (отрезок, отсекаемый прямой на оси Y, коэффициент
представлены на рисунках 21 и 22.
Рисунок 21. Функции вычисления коэффициентов a, b и R2 с указанием адресов
ячеек содержащих аргументы
36
37
38
N | 0 |
Коэффициент b | -0,065939978 |
Коэффициент a | 9,278567295 |
Коэффициент детерминации RA2 | 0,023178752 |
Рисунок 22. Результаты вычисления функций коэффициентов a, b и R2
Таким образом, уравнение линейной парной регрессии, построенное по
результатам измерения зависимости напряжения сигнального тока от силы тока,
имеет следующий вид:
y = -0,06594x + 9,27857 .
Коэффициент детерминации (R2) приведенного линейного уравнения с
результатами измерений составляет 0,023.
Оценка параметров нелинейной парной регрессии на основании результатов
измерения зависимости напряжения сигнального тока от силы тока в данной
работе проводиться с применением команды «Добавить линию тренда»
табличного процессора.
Команда «Добавить линию тренда» используется для выделения тренда
(медленных изменений) при анализе временных рядов. Однако эту команду
можно использовать и для построения уравнения нелинейной регрессии,
рассматривая в качестве времени t независимую переменную x, которая является
значением силы тока (I).
Эта команда позволяет построить уравнения регрессии различного вида. Но
в рамках данной работы требуется только следующие виды:
Для построения уравнения регрессии необходимо выполнить следующие
шаги:
Шаг 1. Ввести по столбцам исходные данные.
Шаг 2. По этим данным построить график в декартовой системе координат.
Шаг 3. Установить курсор на любую точку построенного графика, сделать
щелчок правой кнопкой и в появившемся контекстном меню выполнить команду
Добавить линию тренда.
Шаг 4. В появившемся диалоговом окне выбрать нужное уравнение
регрессии (рисунок 23).
Шаг 5. Включить необходимые опции:
«Показать уравнение на диаграмме» ‒ на диаграмме будет показано
выбранное уравнение регрессии с вычисленными коэффициентами;
«Поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации
(R2)» ‒ на диаграмме будет показано значение коэффициента детерминации (для
нелинейной регрессии ‒ индекс детерминации R2).
Если по построенному уравнению регрессии необходимо выполнить
прогноз, то нужно указать число периодов прогноза.
Шаг 6. После задания всех перечисленных опций на диаграмме появится
формула построенного уравнения регрессии и значение индекса детерминации R2.
Рисунок 23. Настройка параметров линии тренда
в табличном процессоре MS Excel
При использовании приведенных выше шагов для построения линии тренда
линейной регрессии (рисунок 24) коэффициент детерминации (R2) равен 0,023, а
уравнение имеет вид:
y = -0,065x + 9,278 .
Эти результаты подтверждают результаты, полученные при оценке
параметров линейной регрессии в параграфе 2.1.
Рисунок 24. График зависимости U(I) с линией тренда линейной регрессии
График линии тренда экспоненциальной регрессии, уравнение этой линии и
значение коэффициента детерминации приведен на рисунке 25.
Рисунок 25. График зависимости U(I) с линией тренда экспоненциальной
регрессии
Для построения линии тренда полиноминальной регрессии используется
степень полинома равная 2. График линии тренда полиноминальной регрессии,
уравнение этой линии и значение коэффициента детерминации приведен на
Рисунок 26. График зависимости U(I) с линией тренда полиномиальной
регрессии
Согласно полученным результатам оценки параметров парной регрессии
различных видов (рисунки 24-26), полиноминальная регрессия является ближе
всего к исходной кривой. Так как значение коэффициента детерминации этого
вида регрессии ближе к единице, чем значение R2 других видов. Тогда можно
сделать предположение, что исходное уравнение зависимости U(I) носит характер
полинома второй степени.
Так как результатом использования команды «Линия тренда» является
также уравнение этой линии, то можно провести прогноз значений функции U(I)
при значениях силы тока, которые выходят за пределы проведенных измерений.
Тогда при значении силы тока I = 5A, мы получим соответствующее
значение напряжения сигнального тока U, которое составляет 10,07 В (рисунок
27).
Рисунок 27. Прогноз значения напряжения сигнального тока
при силе тока I = 5А
В рамках данной работы были выполнены:
В ходе проведения статистического анализа получены значения
характеристик выборки результатов измерения уровня помехи:
Также проведена проверка гипотезы о том, что выборка результатов
измерения уровня помехи подчиняется закону нормального распределения, и при
уровне значимости a = 0,05 эта гипотеза оказалась верной.
В ходе проведения регрессивного анализа зависимости U(I) получены
уравнения линейных и нелинейных парных регрессий и соответствующие
значения коэффициента детерминации (таблица 3).
Таблица 3. Уравнения парных регрессий зависимости U(I)
|
Вид уравнения |
Уравнение парной регрессии |
Коэффициент детерминации |
|
линейное |
у = -0,065x + 9,278 |
0,023 |
|
экспоненциальное |
Л О/СП —0,007.x |
0,022 |
|
полиноминальное 2-й степени |
у = 0,318-x2 -1,853-x +11,385 |
0,628 |
По результатам расчета коэффициента детерминации сделано
предположение, что исходное уравнение зависимости U(I) носит характер
полинома второй степени. На основании этого предположения сделан прогноз,
что значение напряжения сигнального тока равно 10,07 В при силе тока I = 5А.
Комментарии (0)