2913
.pdf-30-
Приложение 8
Пример сравнения нескольких выборок
При изучении влияния добавки сульфата натрия на прочность бетона было испытано 4 партии (n=4) стандартных образцов-кубов , изготовленных из бетона одинакового состава с дозировкой добавки в 0%, 0,5%, 1,0% и 1,5% от массы цемента. Условия изготовления и твердения всех образцов были одинаковыми. В каждой партии ( в каждой точке факторного пространства) было изготовлено из вновь приготовленной порции бетонной смеси и испытано по три (m=4) дублирующей серии. В каждой дублирующейся серии было испытано по 6 (к=6) образцов. При определении предела прочности при сжатии получены следующие результаты (MПа):
Партия №1 (бетон без добавок)
Дубл. серия №1 |
10,1 |
10,2 |
10,2 |
10,3 |
10,5 |
10,5 |
R11 =10,30 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 =10,25 |
|||
Дубл. серия №2 |
10,0 |
10,2 |
10,2 |
10,2 |
10,3 |
10,3 |
|
|
|
|
|
||||
R12 =10,20 |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
Дубл. серия №3 |
10,1 |
10,1 |
10,1 |
10,2 |
10,5 |
10,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R13 =10,25 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Партия №2 (0,5% сульфата натрия) |
|
|
|
||||||||||
Дубл. серия №1 |
11,8 |
11,8 |
11,8 |
11,9 |
11,9 |
12,2 |
|
R21 =11,9 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 =11,80 |
|||
Дубл. серия №2 |
11,7 |
11,9 |
11,9 |
11,9 |
12,0 |
12,0 |
|
|
|
|
|
||||
R22 =11,90 |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
Дубл. серия №3 |
11,5 |
11,5 |
11,6 |
11,6 |
11,7 |
11,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R23 =11,60 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Партия №3 (1,0% сульфата натрия) |
|
|
|
||||||||||
Дубл. серия №1 |
13,9 |
13,9 |
14,0 |
14,0 |
14,2 |
14,0 |
R31 =14,00 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 =13,87 |
|||
Дубл. серия №2 |
13,7 |
13,7 |
13,7 |
13,8 |
13,8 |
13,8 |
|
|
|
|
|
||||
R32 =13,75 |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
Дубл. серия №3 |
13,7 |
13,8 |
13,8 |
13,9 |
13,9 |
14,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R33 =13,85 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Партия №4 (1,5% сульфата натрия) |
|
|
|
||||||||||
Дубл. серия №1 |
14,8 |
14,8 |
14,8 |
14,9 |
14,9 |
14,5 |
R41 =14,80 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4 =14,90 |
|||
Дубл. серия №2 |
15,0 |
14,8 |
15,0 |
15,2 |
14,9 |
15,1 |
|
|
|
|
|
||||
R42 =15,00 |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
Дубл. серия №3 |
14,9 |
14,9 |
15,0 |
15,0 |
14,8 |
14,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R43 =14,90 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
С доверительной вероятностью Р=0,95 проверить однородность проведённых измерений в партиях (проверить гипотезу Н0:S1=S2=S3=S4) и сделать заключение о причинах и достоверности различий прочности в четырёх проведённых опытах (проверить гипотезу Н0:R1=R2=R3=R4). Считать, что в полученных результатах грубые ошибки измерений отсутствуют.
-31-
Решение
Поскольку число дублирующих серий (опытов) одинаково (m=3), то оценку гипотезы Н0:S1=S2=S3=S4 необходимо проводить по критерию Кохрена, расчётное значение которого определяем по формуле:
G = |
|
S 2 |
|
|
max |
||
S12 |
+ S22 + S32 + S42 |
||
|
где S12 , |
S22 , |
S32 , S42 - |
дисперсии каждой партии измерений (внутрипартионные |
||||||||||||||||
дисперсии); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Smax2 |
- |
|
большая из всех внутри партионных дисперсий. |
|
|
|||||||||||||
|
|
Дисперсия каждой партии измерений вычисляется по формуле: |
|||||||||||||||||
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑( |
|
ij − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
R |
Ri ) |
− 10 ,25 ) |
2 |
+ ( 10 ,2 − |
10 ,25 ) |
2 |
+ ( 10 ,25 − 10 ,25 ) |
2 |
|
|||||||||
S 2 |
= |
i =1 |
|
|
|
|
= |
( 10 ,3 |
|
|
|
= 0 ,005 (МПа)2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
|
m − 1 |
|
|
3 |
− 1 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично вычисляются дисперсии для остальных партий измерений. Для наглядности результаты промежуточных вычислений сведём в ниже следующую таблицу
№ |
Средняя прочность бетона |
Средняя |
Внутри |
Средняя |
|||
партии |
|
(МПа) серии |
|
прочность |
партион- |
прочность |
|
|
|
|
|
|
внутри |
ная |
по всем |
|
1 |
|
2 |
3 |
партии в |
дисрерсия |
партиям в |
|
|
МПа |
в (МПа)2 |
МПа |
|||
1 |
10,3 |
|
10,2 |
10,25 |
10,25 |
0,0050 |
|
2 |
11,9 |
|
11,9 |
11,60 |
11,80 |
0,0600 |
12,71 |
3 |
14,0 |
|
13,75 |
13,85 |
13,87 |
0,0317 |
|
4 |
14,8 |
|
15,0 |
14,90 |
14,90 |
0,0200 |
|
Расчётное значение критерия Кохрена:
G р |
= |
|
0 ,06 |
|
= 0 ,514 |
|
+ 0 ,06 + 0 ,0317 |
+ 0 ,02 |
|||
|
0 ,005 |
|
Табличное значение критерия Кохрена при α=0,05, числе степеней свободы числителя fч=3-1=2 и числе свободы знаменателя кзнам=4 равно = 0 ,786 . Так как
= 0 ,786 ˃G р = 0 ,514 , то с принятой доверительной вероятностью между диспер-
сиями сравниваемых партий статистически значимых отличий ненаблюдается.
-32-
где
Sмг2
Sмг2
n
=∑( Ri − Ri )
i =1
|
Fр |
= |
Sмг2 |
|
|
S 2 |
|||
|
|
|
||
|
|
|
вг |
|
- |
мёжгрупповая |
дисперсия, вычисляемая по формуле |
||
/( n − 1 ) ; |
|
|
|
|
|
|
S 2 |
- |
|
внутригрупповая |
дисперсия, вычисляемая по |
формуле |
||||||
|
|
|
вг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑Si2 |
|
0 ,005 + 0 ,06 + 0 ,317 + 0 ,02 |
|
|
|
|
|
|
||||
S 2 = i =1 |
= |
= 0 ,0292 (МПа)2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
вг |
|
|
n |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
= |
( 10 ,25 |
− 12,71 )2 + ( 11,6 − 12,71 )2 + ( 13,85 − 12,71 )2 + ( 14 ,9 − |
12,71 )2 |
= 4 ,46 |
2 |
|||||||
Sмг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(МПа) |
||
|
|
|
|
4 − 1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Расчётное значение критерия Фишера |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Fр = |
|
|
4 ,46 |
152,74 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0б0292 |
|
|
|
|||
|
Табличное значение критерия Фишера при α=0,05, числе степеней свободы |
||||||||||||
числителя fч=4-1=3 |
и числе свободы знаменателя fзнам=4(3-1)=8 равно Fтаб = 4 ,07 . |
Так как Fтаб = 4 ,07 ˃ Fр = 152,74 , то с принятой доверительной вероятностью при-
нимается альтернативная гипотеза Н1:Sвг ¹ Sмг и следовательно можно утверждать, что между средними результатами рассматриваемых партий наблюдаются статистически значимые различия, объясняющиеся влиянием добавки сульфата натрия на прочность бетона.
-32-
Литература
1.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика /В.Е.Гмурман. – М.:Высшая школа, 1997. – 479 с.
2.Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике / В.Е.Гмурман. – М.:Высшая школа, 1997. – 400 с.
3.Ахназарова С. Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии / С.Л.Ахназарова, В.В.Кафаров. – М.:Высшая школа, 1978. – 319 с.
4.Баженов Ю.М. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона. /Ю.М.Баженов, В.А.Вознесенский – М.:Стройиздат, 1974. – 191 с.
5.Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в техни- ко-экономических исследованиях / В.А.Вознесенский. – М.:"Статистика", 1974. – 192 с.
6.Казаринова М.Е. Статистический анализ в научных работах / М.Е.Казаринова, Л.Н.Тепман, В.И.Клёпов, И.Н.Каплан. – Брянск, 1975. – 69 с.
7.Калинина В.Н. Математическая статистика / В.Н.Калинина, В.Ф.Панкин. – М.:Высшая школа, 1994. – 336 с.
8.Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний / М.Н.Степнов. – М.:Машиностроение, 1985. – 232 с.
9.Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. / Е.Н.Львовский – М.:Высшая школа, 1988. – 239 с.
10.Коннов Н.М. Статистические характеристики малой выборочной совокупности. Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) для обучающихся по дисциплине "Статистическая обработка результатов" направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль "Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций" / Н.М.Коннов. – Нижний Новгород, 2016.- 32 с.
11.Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей / С.А.Айва-зян. – М.:"Металлургия", 1968.
|
|
Содержание |
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................... |
|
|
|
|
3 |
1. Цель работы ............................................................................................................ |
|
|
|
|
3 |
2. Сравнение двух и более групп испытаний ........................................................ |
|
4 |
|||
3. Сравнение результатов измерений двух выборок ........................................... |
6 |
||||
3.1. Исключение грубых ошибок измерений |
.............................................. |
6 |
|||
3.2. Проверка гипотезы о статистическом равенстве дисперсий |
|
||||
|
|
|
|
двух выборок .............. |
6 |
3.3. Проверка гипотезы о статистическом о статистическом |
|
||||
равенстве средних результатов двух выборок .................. |
8 |
||||
3.4. Вычисление обобщённых статистических характеристик .................. |
10 |
||||
4. Сравнение результатов измерений нескольких выборок ................................. |
10 |
||||
4.1. Проверка гипотезы о статистическом равенстве дисперсий |
|
||||
при одинаковом количестве параллельных измерений ............. |
11 |
||||
4.2. Проверка гипотезы H |
0 |
= (S 2 ): S 2 |
= S 2 = ... |
= S 2 при |
|
|
1 |
2 |
n |
|
|
неодинаковом числе измерений в выборках ............................ |
12 |
||||
4.3. Проверка гипотезы о статистическом равенстве |
|
||||
|
|
нескольких средних .................................. |
13 |
||
4.4. Вычисление обобщенных статистических показателей ....................... |
14 |
||||
Приложение .......................................................................................... |
|
|
|
|
15 |
Приложение 1. Значение критерия Стьюдента |
................................................ |
16 |
|||
Приложение 2. Значение критерия Пирсона ..................................................... |
|
17 |
|||
Приложение 3. Значение критерия Кохрена для уровня |
|
||||
|
|
|
значимости α=0,01 ......................... |
19 |
|
Приложение 4. Значение критерия Кохрена для уровня |
|
||||
|
|
|
значимости α=0,05 ......................... |
20 |
|
Приложение 5. Значение критерия Фишера для уровня |
|
||||
|
|
|
значимости α=0,05 ......................... |
21 |
|
Приложение 6. Значение критерия Фишера для уровня |
|
||||
|
|
|
значимости α=0,01 ......................... |
23 |
Приложение 7. |
Пример статистического анализа |
|
|
двух групп испытаний .................................... |
24 |
Приложение 8. |
Пример сравнения нескольких выборок ................................ |
30 |
Литература ............................................................................................... |
32 |
Н.М. Коннов
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДВУХ
И БОЛЕЕ ГРУПП ИСПЫТАНИЙ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)
для обучающихся по дисциплине "Статистическая обработка результатов" направлению подготовки 08.03.01 Строительство
профиль "Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций"
________________________________________________________
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования " Нижегородский государственный архитектурностроительный университет"
6 0 3 9 5 0 , Нижний Новгород, ул. Ильинская, 6 5 .
h t t p : / / w w w . n n g a s u . r u , s r e c @ n n g a s u . r u