Контрольная работа: Основы научного исследования и планирование экспериментов на транспорте
- кодированное значение фактора x;
- натуральное значение фактора в j-ом опыте, где j = 1, 2,…, N; N – число опытов.
В дальнейших расчетах будем использовать только натуральные значения факторов и функции отклика.
ПЛАН ЭКСПЕРИМЕНТА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ
Используя выданную преподавателем программу расчета (математическую модель) проведем на ЭВМ необходимое количество опытов N. Полученные результаты представим в виде таблицы 1.
Табл. 1
№ опыта | Xj | Yj |
1 | 0,012 | 3601,8348 |
2 | 0,0163 | 2712,4310 |
3 | 0,0206 | 2195,4343 |
4 | 0,0249 | 1855,3637 |
5 | 0,0292 | 1626,8644 |
6 | 0,0335 | 1461,2450 |
7 | 0,0378 | 1339,577 |
8 | 0,0421 | 1250,5135 |
9 | 0,0464 | 1173,9877 |
10 | 0,0507 | 1126,4606 |
11 | 0,055 | 1092,5573 |
УРАВНЕНИЕ РЕГРЕССИИ
Получим функциональную зависимость Y = f(X) (уравнение регрессии) с помощью метода наименьших квадратов (МНК). В качестве аппроксимирующих функций использовать линейную (Y = a0 + a1 X) и квадратичную зависимости (Y = a0 + a1 X + a2 X2 ). Посредством МНК значения a0 , a1 и a2 найдем из условия минимизации суммы квадратов отклонений измеренных значений отклика Yj от получаемых с помощью регрессионной модели, т. е. путем минимизации суммы:
.
Проведем минимизацию суммы квадратов с помощью дифференциального исчисления, путем приравнивания к 0 первых частных производных по a0 , a1 и a2 .
Рассмотрим реализацию метода наименьших квадратов применительно к уравнению вида Y = a0 + a1 X. Получим:
;
.
Выполнив ряд преобразований, получим систему нормальных уравнений метода наименьших квадратов:
Решая эту систему, найдем коэффициенты a1 и a0 :
; .
Для квадратичной зависимости Y = a0 + a1 X + a2 X2 система нормальных уравнений имеет вид:
Вычислим из N опытов необходимые суммы и данные представим в виде таблицы 2.
Табл. 2
№ опыта | Xj | Yj | Xj 2 | Xj Yj | Xj 2 Yj | Xj 3 | Xj 4 |
1 | 0,012 | 3601,8348 | 0,000144 | 43,222017 | 0,5186642 | 0,0000017 | 0,000000020736 |
2 | 0,0163 | 2712,4310 | 0,0002656 | 44,212625 | 0,7204216 | 0,0000043 | 0,0000000705433 |
3 | 0,0206 | 2195,4343 | 0,0004243 | 45,225946 | 0,9315227 | 0,0000087 | 0,0000001800304 |
4 | 0,0249 | 1855,3637 | 0,00062 | 46,198556 | 1,1503254 | 0,0000154 | 0,0000003844 |
5 | 0,0292 | 1626,8644 | 0,0008526 | 47,50444 | 1,3870645 | 0,0000248 | 0,0000007269267 |
6 | 0,0335 | 1461,2450 | 0,0011222 | 48,951707 | 1,6398091 | 0,0000375 | 0,0000012593328 |
7 | 0,0378 | 1339,577 | 0,0014288 | 50,63601 | 1,9139876 | 0,000054 | 0,0000020414694 |
8 | 0,0421 | 1250,5135 | 0,0017724 | 52,646618 | 2,2164101 | 0,0000746 | 0,0000031414017 |
9 | 0,0464 | 1173,9877 | 0,0021529 | 54,473029 | 2,52747781 | 0,0000998 | 0,0000046349784 |
10 | 0,0507 | 1126,4606 | 0,0025704 | 57,111552 | 2,8954543 | 0,0001303 | 0,0000066069561 |
11 | 0,055 | 1092,5573 | 0,003025 | 60,090651 | 3,3049858 | 0,0001663 | 0,000009150625 |
Σ | 0,3685 | 19436,266 | 0,0143782 | 550,27311 | 19,206122 | 0,0006174 | 0,0000282173998 |
Для уравнения регрессии вида Y = a0 + a1 X найдем коэффициенты a1 иa0 :
.
.
Для уравнения регрессии вида Y = a0 + a1 X + a2 X2 найдем коэффициенты a1 , a2 иa0 :
Решим систему нормальных уравнений способом Крамера:
.
.