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
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 [а0, 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 [х0, 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 [а0] 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 |
(Нх |
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 |
[хя |
— А, |
|||||
А'н + 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 [хв, л:н -f-Д]. Если известен закон ф(5) в интервале [хв — 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 2л |
|
|
|
|
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 -Д
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-