Файл: Клемин А.И. Инженерные вероятностные расчеты при проектировании ядерных реакторов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 231

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

альтернативы Ни что х < х0, то и гипотеза, и альтернатива явля­ ются сложными.

Предположим, что в результате эксперимента получено п зна­

чений (замеров) некоторого определяющего параметра

объекта

при прочих постоянных условиях:

 

л'х, х2,

хп.

(13.15)

Если отсутствуют случайные

факторы, сопровождающие изме­

рения, то вместо выборки (13.15) имеется одно единственное число

М(х).

Будем говорить, что объект находится

в состоянии S, если

математическое

ожидание

определяющего

параметра

объекта

М{х)

=

S.

 

 

 

 

 

 

 

 

Допустим, что величина S может попасть в один

из двух непере­

секающихся интервалов на оси х:

 

 

 

 

 

 

 

 

S0 в 0, Ь0] и S1

в [alt bt]*

 

 

 

и известны априорные вероятности попадания S

в эти

интервалы

ро и

 

Обозначим Но гипотезу о том, что 5

находится в нулевом

интервале, a Ht — в первом интервале. Требуется

сформулировать

правило,

которое

позволит,

основываясь на данных

эксперимента

(13.15),

выбрать

решение

у0

или yi

относительно

справедливости

гипотезы Н0 или

Ht.

получить

(по аналогии с

рассмотренным

Такое правило можно

выше бейесовским правилом), минимизируя среднюю функцию

риска

(13.1).

 

 

 

 

 

Бейесовское правило выбора решения теперь формулируется

так:

принимается

решение yt (отвергается гипотеза Н0),

если вы­

полняется условие

 

 

 

 

 

 

 

ГФІ (S)L(XUX2

 

xN/S)

dS

 

 

 

 

?i

 

 

> п 1 0 - п 0 0 , _pp_^c ;

( 1 3 Л 6 )

 

 

І Фо (S) L (xlt

x2

xn/S)dS

П 0 1 — П п

px

 

решение

уо принимается

(справедлива гипотеза Н0), если выпол­

няется

противоположное

неравенство. Здесь

ср0 (5) и

cp^S) —

законы распределения состояний объекта соответственно по интер­ валам S0 и Sj.

Как видно, при проверке сложной гипотезы с порогом с сравни­ вается не отношение правдоподобия, а отношение усредненных функций правдоподобия. Запись (13.16) является самой общей фор­ мой записи бейесовского правила выбора решения. Из нее, напри­

мер,

как частный

случай

получается

неравенство

(13.8). Пороги

с для

бейесовского

выбора

решения

и для выбора

по критерию

*

В о б щ е м с л у ч а е эт и и н т е р в а л ы м о г у т б ы т ь с а м ы м и п р о и з в о л ь н ы м и , н а ­

ч и н а я

о т п о л у б е с к о н е ч н ы х [ — о о , х0] и 0, оо - j - ] и к о н ч а я в к л ю ч а ю щ и м и в се ­

б я в с е г о о д н у т о ч к у 0] и [at].


апостериорной вероятности в случае сложных гипотез остаются такими же, как и в случае проверки простой гипотезы (13.8) и (13.9).

Правило выбора по критерию максимума правдоподобия теперь формулируется несколько иначе: решение уг принимается, если для выборки (13.15) выполняется неравенство

max L (.Vi, х2

xn/S

£

S{) . ^ > с _ j

(13 17)

max L (*!, x2

xn/S

£

S0)

 

Пример. В результате замеров фактических значений за­ грузки урана в отдельный канал активной зоны реактора получен следующий ряд величин xt (в относительных единицах, всего 30 зна­ чений):

101;

98;

102;

101; 99;

101;

102;

98;

100;

 

101;

102;

100;

99;

102;

101;

100;

102;

98;

99;

101; 98;

102;

101; 100;

102;

 

100;

99;

101;

102;

101.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13.18)

Замеры проводились на каналах одного типа (одной загрузки),

предназначенных

для пяти комплектов

активных зон; общее коли­

чество каналов

5000 штук. Выборка

произведена

случайным обра­

зом. Номинальное значение загрузки

в канал этого типа в соответ­

ствии с ТУ на изготовление хя

=

100; половина

 

поля допуска для

загрузки,

 

допустим А =

2. Среднее значение загрузки,

получен­

ное по

выборке

 

(13.18),

может отличаться

 

от

генерального

сре­

днего М(х),

которое получилось бы, если взвесить все 5000 кана­

лов. Требуется

принять

одно

из решений

уг: М(х)^хп,

 

или

уй:

. М(х) < хя.

 

Для

 

этого

необходимо

проверить

 

соответствующие

гипотезы

х

и Я 0 ), основываясь на конечной выборке (13.18).

 

Если результаты

этого анализа

использовать

непосредственно

для практических рекомендаций, то неверное решение вопроса мо­ жет привести к различного рода потерям, например, одна из ак­

тивных зон не отработает свою кампанию

из-за недостаточного за­

паса реактивности

(который од­

 

 

 

 

 

 

нозначно

связан

с

фактической

 

 

Т а б л и ц а

13.2

загрузкой

урана,

а она окажет-

 

П о т е р и ,

отн. ед.

 

ся меньше ожидаемой). В каче­

 

 

Гипотезы

 

стве возможных потерь, связан­

Решения

 

 

 

 

 

ных с принятием того или иного

 

 

 

 

я .

решения, примем приведенные в

Yo

 

0

 

 

5

табл. 13.2. Считаем, что матема­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тическое ожидание

(генеральное

Y i

100

 

 

0

среднее значение)

загрузки М(х)

 

 

 

 

 

 

располагается только в пределах допуска,

что

практически

всегда имеет место (см. § 11.2). Однако,

где именно-расположе­

но М(х),

не известно. Так что для исследователя

М(х)

=

5 — слу­

чайная величина,

 

непрерывно распределенная в допусках

я

— А,

А+ А] по закону

<p(S).

 

 

 

 

 

 

В нашем случае интервал значений S0 представляет собой от­ резок [л:н — А, л:п] за исключением точки хю а интервал Sx есть в, л:н -f-Д]. Если известен закон ф(5) в интервале в — Д,


хн ^ Д], то законы распределения

cp0(S) и cp^S) отдельно для

интервалов S0 и 5Х можно

записать

 

 

 

 

Ф(5)

при S Е 5 0 ;

 

 

 

 

 

Ф о (S)

 

Ф (S) dS

 

 

д-—д О

при 5 6 Si-,

(13.19)

 

 

 

 

 

н + д ( 5 )

при S 6 Si;

 

«Pi(S) =

"\

<P(S)dS

 

 

 

 

О

при 5 6 50 .

 

Рассмотрим в рамках данного примера несколько частных слу­ чаев.

1. М{х) = 5 распределено в пределах допусков Lvn — Д, ха -4- +-Д] по равновероятному закону cp(S) = 1/2Д. По формулам (13.19) находим ф0 (5) = cp^S) = 1/Д, Очевидно, что

р 0 = Р { Л Г ( * ) < х н } = J cp(S)dS =

 

^ - Д = 0,5; P

l = l - p 0 = 0 , 5 .

(13.20)

Для проверки гипотезы Я 1

необходимо пороговое

значение,

согласно формуле (13.16) и табл.

13.1 и 13.2,

 

100—0

20

(13.21)

5 - 0

 

 

сравнить с отношением усредненных функций правдоподобия (13.16):

j

cp1(S)L(x1,x2,...,xn/S)dS

л, =

 

.(13.22)

J"

фо (S) L (xlt x 2 , . . . , xn/S)

dS

Так как элементы выборки (13.18) независимы и распределены по нормальному закону с параметрами М(х) = S и а, то, согласно выражению (13.7),

L(Xi, х2, ...,xn/S)=

Y\

ехр

1 /

Xi-S\2

 

 

 

а У

 

 

 

i = l

 

 

 

гТ/2я ехр

2

 

С^У

 

1 = 1


Подставляя

это выражение, а также %(S) = Фх(5) = 1/А в фор­

мулу (13.22)

и учитывая, что

 

 

 

2

 

л (5

 

-xf

 

 

 

 

 

(13.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где л и а 2 вычисляются

по формулам

(4.6) при п = 30,

получаем

 

 

 

 

 

( S - x ) a

dS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 а 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jit '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Є Х

Р

 

— ( 5 - х ) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

2 а 2 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J - Хд-^Д- Л

 

- Ф

/ х н — х

 

 

 

 

 

 

 

Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13.24)

 

ф

 

• Ф

а/Уп

 

 

 

 

 

 

 

 

а/у nj

 

\

 

 

 

 

 

 

 

Здесь

а — генеральное

среднее

квадратическое

отклонение

за­

грузки для партии 5000 каналов. Его можно

оценить по формуле

 

 

 

 

 

_

і

3 0

 

 

 

 

 

 

 

(4.9). По выборке (13.18)

находим

х =

зб2>,-

=100,43;

а «

1,38.

Тогда,

подставляя х н =

100 и

А = 2,

получаем

(см. табл. П.1)

 

Ф ( 6 , 2 ) - Ф ( - 1 , 7 1 )

0,5 + 0,456

 

22.

(13.25)

 

Я-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф ( — 1 , 7 1 ) — Ф ( — 9 , 6 )

 

0 , 5 — 0 , 4 5 6

 

 

 

 

 

Следовательно, я х > с =

20, т. е. гипотеза

Я х

(Л1(х) >• хн ) прини­

мается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Рассмотрим второй случай, который часто встречается на

практике: М(х) с большей вероятностью

оказывается

меньше

но­

минального значения. Это будет, например, если М(х)

=

S распре­

делено в пределах допуска по закону

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

при x n + A < S < x H

—А;

 

 

 

* „ • + Д — S

при х „ — A < S < x H

+ A

(13.26)

 

Ф ( 5 ) =

2 Д 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(плотность вероятности линейно

падает

от

ср =

1/А в точке

5 =

= х н — А до 0 в точке 5 = х н +

А). По формулам

(13.20) находим

/70 = J cp(S)dS= $ xn + A-S

d s _ ±

2 Д 2

А-н


Таким обрізом, в этом случае по формуле (13.16)

100 — 0

3-4 г п

с=

. —— 60.

5 — 0

4 - 1

По формулам (13.19) легко получаем

Отсюда по формуле (13.22), используя выражение (13.24), находим

 

Д — 5 ) ехр

 

 

dS

 

 

 

( х п + Д - 5 ) ех р _ ^ i ( S _ ^ ) 2 dS

 

 

 

=

3 " і [ Ф Ы — Ф («з)] ~l/2 . n4 - e - "i / 2

— е ~ " 2 / 2

=

48,

 

" і [ Ф ("2) — Ф (из)] 1 7 2 л

- | = . е _ " 2 / 2

е ~ " 5 /

2

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6,2;

и3 =

а/Уп

 

 

71;

 

 

 

 

 

 

 

 

«я = ' к — А — х _

— 9,6.

 

 

 

 

аП/п

 

 

 

 

 

 

Итак, я 2 = 4 8 < с = 60, т. е. гипотеза

# j отвергается

и принимает­

ся гипотеза

Н0 (М(х) < хп). Обратите

внимание,

что такая гипо­

теза принимается в условиях, когда эмпирическое

х = 100, 4 3 > х н .

Без учета потерь (см. табл. 13.2) всегда бы отвергли

гипотезу #„ .

А их учет позволяет выбрать более рациональное

решение, обеспе­

чивающее минимальный риск.

 

 

 

 

 

 

В заключение главы заметим, что учет потерь возможен не только при выборе решений (проверки гипотез), но и при оценке параметров (числовых характеристик) случайных величин, т. е. в задачах параметризации (см. § 4.1 и [115, 116]).

Г л а в а 14.

В Ы Б О Р Р Е Ш Е Н И Я В У С Л О В И Я Х Н Е О П Р Е Д Е Л Е Н Н О С Т И ( Э Л Е М Е Н Т Ы Т Е О Р И И И Г Р )

§ 14.1. Постановка игровых задач

Современная математическая теория игр, которая наиболее бур­ но развивается в последние десятилетия [118], была вызвана к жизни потребностями практики, в первую очередь, таких обла­ стей, как военное дело и экономика. Теперь она находит примене­ ние при решении ряда инженерно-технических задач, в частно-