Задача дисперсійного аналізу

Матеріал з Вікі-знання або навчання 2.0 в ТНТУ
Перейти до: навігація, пошук
Невідредагована стаття
Цю статтю потрібно відредагувати.
Щоб вона відповідала ВИМОГАМ.


{{{img}}}
Імя Інна
Прізвище Кливець
По-батькові
Факультет ФІС
Група СНм-51
Залікова книжка


Задача дисперсійного аналізу

В будь-якому експерименті середні значення досліджуваних величин змінюються у зв'язку зі зміною основних факторів (кількісних та якісних), що визначають умови досліду, а також і випадкових факторів. Дослідження впливу тих чи інших факторів на мінливість середніх є задачею дисперсійного аналізу.

Дисперсійний аналіз використовує властивість адитивності дисперсії випадкової величини, що обумовлено дією незалежних факторів. В залежності від числа джерел дисперсії розрізняють однофакторний та багатофакторний дисперсійний аналіз. Дисперсійний аналіз особливо ефективний при вивченні кількох факторів. При класичному методі вивчення змінюють тільки один фактор, а решту залишають постійними. При цьому для кожного фактору проводиться своя серія спостережень, що не використовується при вивченні інших факторів. Крім того, при такому методі досліджень не вдається визначити взаємодію факторів при одночасній їх зміні. При дисперсійному аналізі кожне спостереження служить для одночасної оцінки всіх факторів та їх взаємодії.

Дисперсійний аналіз полягає у виділенні і оцінці окремих факторів, що викликають зміну досліджуваної випадкової величини. При цьому проводиться розклад сумарної вибіркової дисперсії на складові, обумовлені незалежними факторами. Кожна з цих складових є оцінкою дисперсії генеральної сукупності. Щоб вирішити, чи дієвий вплив даного фактору, необхідно оцінити значимість відповідної вибіркової дисперсії у порівнянні з дисперсією відтворення, обумовленою випадковими факторами. Перевірка значимості оцінок дисперсії проводять по критерію Фішера. Коли розрахункове значення критерію Фішера виявиться меншим табличного, то вплив досліджуваного фактору немає підстав вважати значимим. Коли ж розрахункове значення критерію Фішера виявиться більшим табличного, то цей фактор впливає на зміни середніх. В подальшому ми вважаємо, що виконуються наступні припущення:

  • випадкові помилки спостережень мають нормальний розподіл;
  • фактори впливають тільки на зміну середніх значень, а дисперсія спостережень залишається постійною.

Фактори, що розглядаються в дисперсійному аналізі, бувають двох родів:

  • з випадковими рівнями та
  • з фіксованими.

В першому випадку мається на увазі, що вибір рівнів проходить з безмежної сукупності можливих рівнів та супроводжується рандомізацією. Якщо рівні вибираються випадковим чином, математична модель експерименту називається модель з випадковими рівнями факторів (випадкова модель). Коли всі рівні фіксовані - модель з фіксованими рівнями факторів. Коли частина факторів розглядається на фіксованих рівнях, рівні решти вибираються випадковим чином - модель змішаного типу. Дисперсійний аналіз застосовується в різних формах в залежності від структури об' єкту, що досліджується; вибір відповідної форми є однією з головних трудностей в практичному застосуванні аналізу.


Приклади задач дисперсійного аналізу

У виробничій практиці часто виникає така задача. Апаратники, працюючи позмінно на одному й тому ж апараті, виробляють продукт з різними якісними показниками. Наприклад, один апаратник досягає більшої стабільності вологості готової продукції, інший — меншої. Треба з'ясувати, що є причиною появи незадовільних результатів: недосконала конструкція апарату, що не дає змоги добитися якісної відтворюваності, чи неоднакова робота апаратників.

Розглянемо іншу задачу — складнішу. Припустимо, що на якість продукту впливають десять факторів. Щоб звести коливання показника до мінімуму, треба з'ясувати вплив кожного фактора на розмах цих коливань і усунути або хоча б знизити вплив найбільш сильно діючих факторів. Тільки таким чином можна добитися реальних результатів у поліпшенні якості продукту при мінімальних витратах часу і коштів.

Виникають задачі й іншого типу. При автоматизації певного процесу його аналізують з точки зору впливу ряду факторів, які одночасно діють на основний показник, що підлягає автоматичній стабілізації. Тільки оцінивши міру впливу кожного з факторів, можна правильно вибрати канал регулювання або той фактор, який треба вимірювати і враховувати в першу чергу. Наступний за силою впливу фактор може бути використано для корекції роботи системи регулювання за першим фактором. На стадії конструкторських розробок проектувальник шукає оптимальну комбінацію елементів створюваного ним виробничого агрегату і знає ступінь впливу кожного з них на умови роботи агрегату в цілому.

У загальному вигляді подібні задачі можуть бути сформульовані так: за допомогою поточного контролю або спеціальних досліджень виробництва встановлюють несталість того чи іншого процесу або якості продукту. Разом з тим дані контролю не вказують безпосередньо на головну причину цієї несталості. Як проаналізувати ці дані, щоб з незалежною вірогідністю визначити вплив кожного з факторів на коливальність чи змінюваність показника, який вивчається?

Ця ж задача може бути поставлена і дещо в іншій формі. Характер коливань розглядуваної ознаки відносно сталий, проте розмах коливань набагато більший припустимого або бажаного. Необхідно зменшити розмах і виявити для цього, яку частку розмаху викликає той чи інший з відомих нам факторів процесу.

Подібні задачі виникають і в сільськогосподарських галузях. Припустимо, що треба визначити урожайність різних сортів однієї й тієї ж культурної рослини. Дослід можна поставити так. На кожній з трьох ділянок вирощують чотири сорти рослини, причому одна частина рослин живиться одним видом добрив, а друга — іншим. Ділянки розташовано на відкритому повітрі в однакових умовах так, щоб від рослин на одній ділянці не падала тінь на рослини іншої ділянки. На кожному майданчику ділянки вирощують однакову кількість рослин (ця вимога може порушуватися).

У загальному випадку урожай залежатиме від сорту рослини, складу добрива і ділянки. Можливий вплив на урожай і взаємодії цих факторів. Задачі, що стоять перед агрономом, можна сформулювати так:

  • чи залежить урожай, усереднений за двома видами добрив і трьома ділянками, від сорту рослини?
  • чи свідчать рівні урожаю про різний вплив сортів на різних ділянках?
  • як якісно оцінити ці відмінності із заданим рівнем надійності?

Метод розв'язання перелічених задач (дисперсійний аналіз) основано на властивості адитивності дисперсії, яка характеризує коливальність. Іншими словами, повна дисперсія показника, що нас цікавить, дорівнює сумі складових її часткових дисперсій.

Список використаної літератури:

1. Чайківський Т. Дисперсійний аналіз.:Лекція - 2003. 2. Аністратенко В.О., Федоров В.Г. Математичне планування експерименту в АПК. К.: Вища школа, 1993. – 84 с.

Особисті інструменти
Google AdSense
реклама