Файл: Кориков А.М. Математические методы планирования эксперимента учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 163

Скачиваний: 0

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

— 150 —

%*у:-"*94 существенные эффекты из

всей пасен исследуемых

v : STOB (у нас

это

i

, и

х а ) .

однако таким

способом

нельзя оценить

степень

относительного воздействия какдого

из выделенных эффектов

на

выход

у. .

 

5 - 2 . 3 . П о с л е д о в а т е л ь н о е

в ы д е л е ­

н и е

с у щ е с т в е Н Е Ы Х

э ф ф е к ­

 

 

 

 

т о в

 

Выделение

значимых

эффектов и расположение их по ран­

гу влияния (ранжировка) осуществляется следующим образом.

Эффекты, признанные (при визуальном осмотре) условно

значимыми, включают в матрицу независимых переменных и для нее проводят обычный регрессионный анализ. Затем те эффек­ ты, значимость которых подтвердится регрессионным анали­ зом, исключают из рассмотрения, вводя корректировку в ре­ зультаты измерений. После исключения первой группы значи­ мых эффектов снова строят диаграммы рассеивания, и вся

процедура повторяется заново.

Поясним сказанное примером из предыдущего пункта. Из

рис.5.2 следует, что наиболее существенным эффектом явля­

ется

х , . Легко видеть, что вклад этого эффекта равен

2 f U

'=• ч27,1 - 28,2 - 27,ч + 2 5 , 8 ) - - 1,35 .

Исключим этот эффект из дальнейшего рассмотрения, вводя • корректировку в результаты измерений. Для корректировки следует "стабилизировать" х , на одном уровне, например, на уровне " - " . Для этого в тех строках табл. 5.4 ,


 

 

 

 

 

 

 

- 1 5 1

-

 

 

 

 

где

х ,

имеет

уровень "~+

" из значения

ij

внчтем выад

2 1 со своим знаком. Так в первой строке вояучнн

 

 

у\

«

i ^ t

-

2 о,

-

2 7 , 1 - ( - 1,35)

-

28,45

 

Таи,

где

х ,

находится на никнем уровне,

значения у

остав­

ляется прениями. Для нашего примера результаты первой

кор­

ректировки представлены

табл. 5 . 5*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 . 5 .

 

опыта

 

x i

 

j

 

* *

_

 

 

**

 

 

I

 

-

 

i

 

-

 

28,45

 

 

2

 

_

 

j

_

i

 

28*2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

I

"

 

I

+

i

 

 

27,4

 

 

 

 

 

27,15

 

 

*

i

 

 

i

+

i

+

I

 

 

На основании табл.5.5 строится новая диаграмма рассе­

ивания, по которой находится следующий по рангу влияния

эффект (эффект с наибольшим вкладом), после чего ^писан­

ная выше процедура полностью повторяется. Очевидно, на

каждой последующей диаграмме ранее выделенные эффекта не

подлежат

дальнейшему

изучению.

 

 

 

 

 

 

Если окажется, что вклады двух факторов одинакова, те '

более существенным из них считается тот, в диаграмме рас­

сеивания

которого

больше

выделяющих^точек

в верхней и ниж­

ней частях диаграммы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Чтобы уточнить

понятие

"выделяющихся"

точек

рассмот­

рим диаграмму

рассеивания

для фактора Х^

(см;рис.5.3).

 

На уровне

х |

имеется

ц точки,

для которых

значение

выхода больше,чем

самое

большое значение

выхода на уровне


 

Рис. 5.3

x ~ . Аналогичным

образок, на уровне х~ имеется 2 точки,

для которых выход

меньше, чем самый низкий выход на уровне

. Суммарное количество выделяющихся точек для фактора х , равно 4 + 2 * 6 .

Процесс выделения существенных эффектов ярекращается, когда на очередной диаграмме рассеивания расстояния между медианами оказываются одного порядка и незначительными но

величине. Оставшиеся эффекты относятся к "шумовому нолю11.

При большой размерности задачи на выделение существен­ ных эффектов взаимодействия приходится значительный объем работы. Например, в задаче с 12 факторами - 12 линейных эффектов и 66 парных взаимодействий. Было бы неразумно пы­

таться строить все 66 диаграмм рассеивания для парных вза­

имодействий. Здесь объем работы можно существенно сокра­

тить,' воспользовавшись визуальным приемом, позволяющим но

диаграммам рассеивания для линейных эффектов выделить те

парные взаимодействия, которые подлежат дальнейшему изучению.

- 1 5 5 -

Здесь учитываются следующие соображения: прж бояыом

значении некоторого эффекта взаимодействия, например эффек­

та

x z

, должны появиться

выделяющиеся точки как на уровне

+

x z

, так к на уровне -

х г . в первом случае обе незави­

симые переменные ДОЛЖЕН были иметь одинаковые знай, а ю -

втором случае - разные знаки. Следовательно, нужно рассмат­

ривать взаимодействия таких независимых переменных, которые

имеет выделяющиеся точки как на одяиаховнх, так ж на разных

уровнях. Последнее условие выполняется, когда верхние жян нижние частя диаграммы рассеивания для переменных х я а

образуют зеркальные отображения, поясним это рисунком 5 . 4 .

о

 

 

 

А

 

 

 

Л

 

 

 

о

 

 

 

S

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

4

 

 

 

X

X —

г -

хк —

«о

Ряс. 5.4

 

 

 

 

Здесь в нижней части первых двух диаграмм рассеивания име­

ет место зеркальное отображение точек. По отноненкю к эф­ фекту взаимодействия эта группа точек оказывается на ниж­ нем уровне. В верхней частя диаграмм выделяющиеся точки

повторяют друг друга я на диаграмме для эффекта взаямо-


- 1 5 ^ -

действия они оказываются на верхнем уровне. В результате эффект взаимодействия имеет выделязщиеся точки на обоих уровнях. Приведенный рисунок наглядно показывает, как мо­ жет возникнуть значительное взаимодействие, когда каждый из эффектов, взятых в отдельности, был незначим.

Вначале, когда был предложен этот метод, он вызвал острую дискуссию среди зарубежных статистиков. Метод был предложенна эвристическом уровне - его можно рассматри­ вать как математическое осмысливание тех приемов, которы­ ми и раньше интуитивно пользовались исследователи. В дис­ куссии отмечалось, что весьма рискованно предлагать прие­ мы, появление которых не связано с последовательным разви­ тием идей современной математической статистики. Сторонни­ ки метода могли лишь аргументировать хорошими примерами применения и результатами, полученными "при моделировании задачи на ЭВМ. Лишь совсем недавно Л.Д.Мешалкин строго математически показал, что данный метод может работать, хо ­ тя ему все же не удалось четко указать границы применимос­ ти метода.

§ 5 - 3 . К

о б о с н о в а н и ю

м е т о д а

 

с л у ч а й н о г о

б а л а н с а

 

 

Итак, требуется выделить

небольшое

число

( К 0

)

сущест­

венных переменных среди очень

большого

числа

( Д

)

подоз­

реваемых. Число опытов С^Г )

при этом меньше

\ .

 

'Л.Д.Мешалкин в идеализированной ситуации нашел соот­

ношение между

k g , X" , .К. , когда такое выделение

прин­

ципиально возможно.

 

 

 

 

 


- 1 5 5 -

Пусть нал дана результата У экспериментов и мм пред-

полагаем, что имеет место линейная недель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 5 . 1 )

г д в

V

- C i

i

. ^ . - И '

 

Х " 8 Х Ч В

 

 

- матрица

планирования

эксперимента,

причем

X *

t 1

f

 

 

 

/ а т

» ( ^ 1 , J b t J . . .

^ - н е и з в е с т н е е

ковставтн,

а

 

 

 

( ^ „ ? 4 , . . . " § к -

вектор

ошибок

с независимыми

нормально распределенныт*

лнповентами,

j U , ^ » 0

,

 

 

На практике понятие существенности означает, что мно­

жество

всех

|ij можно разбить на две группа

С, и

Ь}

таи,

что

для

любых

р^е & t n

в 6 а

имеет место

 

 

 

 

 

 

и | ^ J » < S

,

тогда

|">г б&,

вазн -

вавт

"существенными*1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Математически понятие существенности можно ввести путем

умножения ( К

-

К0 ) наудачу отобранных несущественных

jb и

случайных ошибок *§ на малый множитель cL . решение урав­

нения ( 5 . 1 ) ищется

при

о * - »

0.

Будем

считать,

что

X j j

выбираются независимо друг

от друга,

причем

 

 

 

Тогда

справедлива

следующая

Т е о р е м а . Пусть в уравнении (5.1) наудачу отобрано Ц,