Контрольная работа: Моделирование дискретной случайной величины по геометрическому закону распределения
Название: Моделирование дискретной случайной величины по геометрическому закону распределения Раздел: Рефераты по математике Тип: контрольная работа |
Московский авиационный институт /государственный университет/ Филиал «Взлет». Курсовая работапо Теории вероятности и математической статистике Выполнил: студент группы Р 2/1 Костенко В.В. Проверил: Егорова Т.П. г.Ахтубинск 2004 г. Содержание Задание №1: Проверка теоремы Бернулли на примере моделирования электрической схемы. Распределение дискретной случайной величины по геометрическому закону распределения Задание №2: Смоделируем случайную величину, имеющую геометрический закон распределения случайной величины Задание №3: Проверка критерием Колмогорова: имеет ли данный массив соответствующий закон распределения Список используемой литературы Задание №1. Проверка теоремы Бернулли на примере моделирования электрической схемы Определение: При неограниченном увеличении числа опытов n частота события A сходится по вероятности к его вероятности p. План проверки: Составить электрическую схему из последовательно и параллельно соединенных 5 элементов, рассчитать надежность схемы, если надежность каждого элемента: 0.6 < pi< 0.9. Расчет надежности схемы провести двумя способами. Составить программу в среде TurboPascal . Схема: Электрическая цепь, используемая для проверки теоремы Бернулли: Расчет: Чтобы доказать выполнимость теоремы Бернулли, необходимо чтобы значение частоты появления события в серии опытов в математическом моделировании равнялось значению вероятности работы цепи при теоретическом расчёте этой вероятности. Математическое моделирование в среде Turbo Pascal ProgramKURSOVIK; Uses CRT; Const c=5; Var op,i,j,n,m:integer; a,rab,pp,ppp,ppp1,ppp2:real; p:array[1..c] of real; x:array[1..c] of byte; Begin ClrScr; Randomize; p[1]:=0.7; p[2]:=0.8; p[3]:=0.9; p[4]:=0.7; p[5]:=0.8; Writeln(' Опытов: Исходы: Вероятность:'); Writeln; For op:=1 to 20 do Begin n:=op*100;m:=0; Write(' n=',n:4); For i:=1 to n do Begin For j:=1 to c do Begin x[j]:=0; a:=random; if a<p[j] then x[j]:=1; End; rab:=x[i]+x[2]*(x[3]+x[4]+x[5]); If rab>0 then m:=m+1; End; pp:=m/n; writeln(' M= ',m:4,' P*= ',pp:3:3); End; ppp1:=p[1]+p[2]*(p[3]+p[4]+p[5]-p[3]*p[4]-p[3]*p[5]-p[4]*p[5]+p[3]*p[4]*p[5]); ppp2:=p[1]*p[2]*(p[3]+p[4]+p[5]-p[3]*p[4]-p[3]*p[5]-p[4]*p[5]+p[3]*p[4]*p[5]); ppp:=ppp1-ppp2; Writeln; Writeln(' Вер. вопыте: p=',ppp:6:3); Readln; End. Результат работы программы Опытов: Исходы: Вероятность: n= 100 M= 94 P*= 0.940 n= 200 M= 163 P*= 0.815 n= 300 M= 247 P*= 0.823 n= 400 M= 337 P*= 0.843 n= 500 M= 411 P*= 0.822 n= 600 M= 518 P*= 0.863 n= 700 M= 591 P*= 0.844 n= 800 M= 695 P*= 0.869 n= 900 M= 801 P*= 0.890 n=1000 M= 908 P*= 0.908 n=1100 M= 990 Р*= 0.900 n=1200 M= 1102 P*= 0.918 n=1300 M= 1196 P*= 0.920 n=1400 M= 1303 P*= 0.931 n=1500 M= 1399 P*= 0.933 n=1600 M= 1487 P*= 0.929 n=1700 M= 1576 P*= 0.927 n=1800 M= 1691 P*= 0.939 n=1900 M= 1782 P*= 0.938 n=2000 M= 1877 P*= 0.939 Вероятность в опыте: p= 0.939 Теоретический расчёт вероятности работы цепи : I способ : II способ : Вывод: Из математического моделирования с помощью TurboPascal видно, что частота появления события в серии опытов сходится по вероятности к рассчитанной теоретически вероятности данного события P(A) = 0.939. Распределение дискретной случайной величины по геометрическому закону распределения Моделирование случайной величины, имеющей геометрический закон распределения: (X=xk) = p(1-p)k где xk = k=0,1,2…, р – определяющий параметр, 0<p<1. Этот закон является дискретным. Составим теоретический ряд распределения, присваивая р=0,4 и k=0,1,2… и считая Р(Х=xk ) получим теоретический многоугольник распределения, изображённый на рис.1. По ряду распределения составим теоретическую функцию распределения F(x), изображённую на рис.2. Смоделируем дискретную случайную величину, имеющую геометрический закон распределения, методом Монте – Карло. Для этого надо: 1. Разбить интервал (0;1) оси ОК на k частичных интервалов: D1 – (0;р1 ), D2 – (р1 ;р1 +р2 ) … Dk – (p1 +p2 +…+pk-1 ;1) 2. Разбросать по этим интервалам случайные числа rj из массива, смоделированного датчиком случайных чисел в интервале (0;1). Если rj попало в частичный интервал D I , то разыгрываемая случайная величина приняла возможное значение xi . По данным разыгрывания составим статистический ряд распределения Р*(Х) и построим многоугольник распределения, изображенный на рис.1. Построим статистическую функцию распределения F*(X), изображённую на рис.2. Теперь посчитаем теоретические и статистические характеристики дискретной случайной величины, имеющей геометрический закон распределения. Рис.1. Рис.2. Задание №2. Смоделируем случайную величину, имеющую геометрический закон распределения случайной величины Программа в Turbo Pascal: Program kursovik; Uses crt; Const M=300; Var K,I:integer; P,SI,SII,SP,DTX,DSX,MX,MSX,GT,GS:real; X:array[1..300] of real; PI,S,P1,MMX,MS,D,DS,PS,STA,STR:ARRAY[0..10] OF REAL; BEGIN; CLRSCR; randomize; {ТЕОРЕТИЧЕСКИЙРЯД} WRITELN('ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РЯД:'); P:=0.4; SI:=0; FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN IF K=0 THEN PI[K]:=P ELSE IF K=1 THEN PI[K]:=P*(1-P) ELSE IF K=2 THEN PI[K]:=P*SQR(1-P) ELSE IF K=3 THEN PI[K]:=P*SQR(1-P)*(1-P) ELSE IF K=4 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(1-P)) ELSE IF K=5 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(1-P))*(1-P) ELSE IF K=6 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(1-P))*SQR(1-P) ELSE IF K=7 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(1-P))*SQR(1-P)*(1-P) ELSE IF K=8 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(SQR(1-P))) ELSE IF K=9 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(SQR(1-P)))*(1-P) ELSE IF K=10 THEN PI[K]:=P*SQR(SQR(SQR(1-P)))*SQR(1-P) ELSE SI:=SI+PI[K]; WRITELN(' P[',K,']=',PI[K]:6:5); END; READLN; WRITELN('ИНТЕРВАЛЫ:'); P1[1]:=0.4; FOR K:=1 TO 10 DO BEGIN P1[K+1]:=PI[K]+P1[K]; WRITELN( 'PI[',K,']=',P1[K]:6:5); END; READLN; {СТАТИСТИЧЕСКИЙ РЯД} WRITELN; WRITELN('СТАТИСТИЧЕСКИЙ РЯД:'); FOR I:=1 TO 9 DO BEGIN X[I]:=RANDOM; WRITE(X[I]:5:2); END; READLN; FOR I:=10 TO 99 DO BEGIN X[I]:=RANDOM; WRITE(X[I]:5:2); END; READLN; FOR I:=100 TO 200 DO BEGIN X[I]:=RANDOM; WRITE(X[I]:5:2); END; READLN; FOR I:=201 TO 300 DO BEGIN X[I]:=RANDOM; WRITE(X[I]:5:2); END; READLN; PS[K]:=0; FOR I:=1 TO M DO BEGIN FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN IF ((X[I]<P1[K]) AND (X[I]>=P1[K-1])) THEN BEGIN PS[K]:=PS[K]+1; END; END; END; FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN STA[K]:=PS[K+1]/M; WRITELN('P*[',K,']=',STA[K]:6:5); END; WRITELN; WRITELN('СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИНТЕРВАЛЫ:'); STR[1]:=STA[0]; FOR K:=1 TO 10 DO BEGIN STR[K+1]:=STR[K]+STA[K]; WRITELN(' PS[',K,']=',STR[K]:6:5); END; READLN; {ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И СТАТИСТИЧЕСКОЕ МАТОЖИДАНИЕ Mx} MX:=0; FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN MMX[K]:=K*PI[K]; MX:=MX+MMX[K]; END; WRITELN('ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МАТОЖИДАНИЕ MX:',MX:6:5); MSX:=0; FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN MS[K]:=K*STA[K]; MSX:=MSX+MS[K]; END; WRITELN('СТАТИСТИЧЕСКОЕ МАТОЖИДАНИЕ Mx*:',MSX:6:5); WRITELN; {ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ Dx} DTX:=0; DSX:=0; FOR K:=0 TO 10 DO BEGIN D[K]:=SQR(K-MX)*PI[K]; DTX:=DTX+D[K]; DS[K]:=SQR(K-MSX)*STA[K]; DSX:=DSX+DS[K]; END; WRITELN('ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ Dx:',DTX:6:5); WRITELN('СТАТИСТИЧЕСКАЯ ДИСПЕРСИЯ Dx*:',DSX:6:5); WRITELN; {ТЕОР И СТАТ СРЕДНЕ КВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ G} GT:=SQRT(DTX); GS:=SQRT(DSX); WRITELN('ТЕОР СРЕДНЕ КВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ G:',GT:6:5); WRITELN('СТАТ СРЕДНЕ КВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ G*:',GS:6:5); WRITELN; READLN; END. Результаты: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РЯД: P[0]=0.40000 P[1]=0.24000 P[2]=0.14400 P[3]=0.08640 P[4]=0.05184 P[5]=0.03110 P[6]=0.01866 P[7]=0.01120 P[8]=0.00672 P[9]=0.00403 P[10]=0.00242 ИНТЕРВАЛЫ: PI[1]=0.40000 PI[2]=0.64000 PI[3]=0.78400 PI[4]=0.87040 PI[5]=0.92224 PI[6]=0.95334 PI[7]=0.97201 PI[8]=0.98320 PI[9]=0.98992 PI[10]=0.99395 Статистический ряд: 0.57 0.86 0.58 0.11 0.81 0.26 0.17 0.14 0.51 0.53 0.80 0.57 0.17 0.14 0.30 0.58 0.80 0.55 0.86 0.81 0.80 0.18 0.39 0.02 0.74 0.67 0.57 0.32 0.30 0.92 0.64 0.95 0.96 0.25 0.10 0.87 0.44 0.76 0.87 0.43 0.84 0.58 0.62 0.87 0.90 0.70 0.20 0.62 0.08 0.54 0.53 0.47 0.08 0.40 0.30 0.09 0.26 0.54 0.29 0.60 0.95 0.52 0.27 0.99 0.54 0.84 0.75 0.74 0.03 0.42 0.98 0.92 0.32 0.07 0.06 0.49 0.36 0.15 0.03 0.75 0.05 0.17 0.20 0.03 0.54 0.76 0.28 0.16 0.09 0.58 0.96 0.29 0.92 0.88 0.92 0.03 0.57 0.78 0.61 0.05 0.71 0.67 0.10 0.62 0.39 0.10 0.01 0.72 0.27 0.09 0.14 0.60 0.24 0.88 0.40 0.07 0.43 0.39 0.28 0.84 0.68 0.93 0.66 0.65 0.81 0.02 0.02 0.05 0.32 0.29 0.17 0.10 0.34 0.81 0.02 0.26 0.02 0.34 0.23 0.28 0.66 0.43 0.52 0.00 0.16 0.17 0.07 0.11 0.75 0.21 0.37 0.45 1.00 0.29 0.35 0.37 0.54 0.28 0.63 0.25 0.08 0.67 0.30 0.17 0.58 0.93 0.64 0.25 0.68 0.06 0.39 0.35 0.79 0.43 0.80 0.99 0.36 0.64 0.52 0.65 0.29 0.02 0.81 0.01 0.53 0.98 0.89 0.61 0.25 0.32 0.44 0.99 0.14 0.30 0.28 0.44 0.83 0.97 0.01 0.72 0.36 0.09 0.03 0.57 0.21 0.66 0.26 0.80 0.39 0.95 0.48 0.10 0.59 0.39 0.94 0.25 0.28 0.86 0.03 0.98 0.36 0.13 0.80 0.88 0.82 0.64 0.76 0.08 0.28 0.70 0.31 0.49 0.58 0.84 0.60 0.03 0.72 0.04 0.81 0.86 0.84 0.85 0.03 0.87 0.96 0.77 0.28 0.59 0.75 0.38 0.40 0.55 0.57 0.04 0.70 0.70 0.46 0.21 0.79 0.21 0.88 0.70 0.89 0.10 0.35 0.30 0.44 0.25 0.40 0.80 1.00 0.84 0.29 0.16 0.68 0.28 0.48 0.41 0.49 0.17 0.98 0.58 0.53 0.83 0.84 0.70 0.76 0.44 0.40 0.64 0.81 0.89 0.32 0.39 0.21 0.77 0.22 0.05 0.76 0.24 P*[0]=0.44333 P*[1]=0.21000 P*[2]=0.12667 P*[3]=0.11000 P*[4]=0.04000 P*[5]=0.02333 P*[6]=0.01667 P*[7]=0.01000 P*[8]=0.01000 P*[9]=0.00333 P*[10]=0.00148 Статистические интервалы: PS[1]=0.44333 PS[2]=0.65333 PS[3]=0.78000 PS[4]=0.89000 PS[5]=0.93000 PS[6]=0.95333 PS[7]=0.97000 PS[8]=0.98000 PS[9]=0.99000 PS[10]=0.99333 Числовые характеристики: MX:1.45465 Mx*:1.36478 Dx:3.29584 Dx*:3.20549 G:1.81544 G*:1.79039 Задание №3. Проверка критерием Колмогорова: имеет ли данный массив соответствующий закон распределения Воспользуемся критерием Колмогорова. В качестве меры расхождения между теоретическим и статистическим распределениями рассматривается максимальное значение модуля разности между статистической функцией распределения F*(x) и соответствующей теоретической функцией распределения F(x). D = max | F*(x)- F(x)| D = 0.04 Далее определяем величину l по формуле: l = D\| n , где n – число независимых наблюдений. l = D\| n =0,04*\/ 300 = 0,693 и по таблице значений вероятности P(l) находим вероятность P(l). P(l) = 0,711. Это есть вероятность того, что (если величина х действительно распределена по закону F(x)) за счёт чисто случайных причин максимальное расхождение между F*(x) и F(x) будет не меньше, чем наблюдаемое. Нет оснований отвергать гипотезу о том, что наш закон распределения является геометрическим законом распределения. Воспользуемся критерием Колмогорова. В качестве меры расхождения между теоретическим и статистическим распределениями рассматривается максимальное значение модуля разности между статистической функцией распределения F*(x) и соответствующей теоретической функцией распределения F(x). D = max | F*(x)- F(x)| D = 0.04 Далее определяем величину l по формуле: l = D\| n , где n – число независимых наблюдений. l = D\| n =0,04*\/ 300 = 0,693 и по таблице значений вероятности P(l) находим вероятность P(l). P(l) = 0,711. Это есть вероятность того, что (если величина х действительно распределена по закону F(x)) за счёт чисто случайных причин максимальное расхождение между F*(x) и F(x) будет не меньше, чем наблюдаемое. Нет оснований отвергать гипотезу о том, что наш закон распределения является геометрическим законом распределения. Список используемой литературы 1. «Теория вероятностей» В. С. Вентцель. 2. «Теория вероятностей (Задачи и Упражнения)» В.С. Вентцель, Л. А. Овчаров. 3. «Справочник по вероятностным расчётам». 4. «Теория вероятностей и математическая статистика» В.Е.Гмурман. 5. «Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике» В. Е. Гмурман. |