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        概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中軟件應(yīng)用的設(shè)計(jì)

        2013-04-29 11:44:38廖開方
        中國電子商情 2013年19期
        關(guān)鍵詞:假設(shè)檢驗(yàn)平均壽命概率

        廖開方

        引言:研究了在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,使用excel,matlab,spss等軟件;使得概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)變得更加簡(jiǎn)單明了,給出具體的例子,如隨機(jī)數(shù),假設(shè)檢驗(yàn)等。

        近年來,概率統(tǒng)計(jì)在大學(xué)中越來越不受學(xué)生歡迎,學(xué)生學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)也日益困難。這種主要是由于概率統(tǒng)計(jì)是研究大量隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的數(shù)學(xué)學(xué)科,該課程中概念具有抽象性,推理過程復(fù)雜,計(jì)算比較繁瑣,處理方法具有獨(dú)特性等,與其它數(shù)學(xué)課程有著很大的差異。

        好在近年來大量的高校教師在概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中不斷創(chuàng)新,文[1,2]將數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)引入概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)中,使概率統(tǒng)計(jì)更加貼近現(xiàn)實(shí),更具有實(shí)用性,同時(shí)又訓(xùn)練了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力. 本文研究如何使用excel,matlab,spss等軟件,使概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)變得更加簡(jiǎn)單明了,并給出了具體的實(shí)例!

        例1(拋硬幣實(shí)驗(yàn))將一枚質(zhì)地均勻的硬幣拋擲 次,記事件 :“出現(xiàn)正面”, 事件 :“出現(xiàn)反面”, 表示 發(fā)生的頻數(shù), 表示 發(fā)生的頻率。歷史上的一些學(xué)者得到的數(shù)據(jù)見表1:

        為了理解這一隨機(jī)試驗(yàn),下面利用excel與matlab對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,將事件 :“出現(xiàn)正面”記為1,事件 :“出現(xiàn)反面”記為0,在excel中“=rand( )”生成0到1的隨機(jī)小數(shù),“=int(a)”表示不大于a的最大整數(shù),“=INT(2*RAND())”就可以產(chǎn)生0、1隨機(jī)數(shù)。首先打開excel,點(diǎn)擊表格A1這一欄,并在當(dāng)中輸入“=INT(2*RAND())”,隨后在表格A2——A10重復(fù),得到10個(gè)0、1隨機(jī)數(shù),就如連續(xù)拋十次硬幣一樣,見圖1.如果繼續(xù)在A11——A2048重復(fù),即可得到類似于表1中德摩根實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在matlab中與excel中都用到函數(shù)rand和INT,這說明軟件的常用功能是相同的,但matlab的工作界面與excel的工作界面是不同的。首先打開matlab,找到工作區(qū)域Conmand Window,在Conmand Window上輸入randint(1,10,[0 1]),按回車鍵得到結(jié)果,見圖2,圖中ans=的下一行即為隨機(jī)數(shù)。如果將命令改成randint(1,2048,[0 1])即可得到類似于表1中德摩根實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果同學(xué)對(duì)函數(shù)命令randint感興趣,可以借助matlab的幫助函數(shù),讓學(xué)生完全了解randint。首先單擊matlab的工作界面的最上一行“help”,接著在左上角的空白處,即research for,輸入randint,即可得到randint的詳細(xì)解釋。

        例2(統(tǒng)計(jì)分布)二項(xiàng)分布、泊松分布、指數(shù)分布、正態(tài)分布、卡方分布、t-分布、F-分布等是概率統(tǒng)計(jì)中的重要知識(shí),在excel與matlab都能找到他們的對(duì)應(yīng)函數(shù)命令,見表2。

        以上函數(shù)解決了在概率統(tǒng)計(jì)的學(xué)習(xí)過程中遇到的大量計(jì)算問題。

        例如:某人進(jìn)行射擊,射擊命中率為0.02,獨(dú)立射擊400次,試求至少擊中兩次的概率? [3]

        利用excel計(jì)算,見圖3,利用matlab計(jì)算見圖4.

        例3(假設(shè)檢驗(yàn))假設(shè)檢驗(yàn)是概率統(tǒng)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的知識(shí),同時(shí)也是最為抽象的知識(shí),理解很困難。Excel、matlab和spss都能進(jìn)行處理假設(shè)檢驗(yàn)問題。

        例如:某種元件的壽命 (以h計(jì)), 未知,現(xiàn)測(cè)的16只元件的壽命如下:159、280、101、212、224、379、179、264、222、362、168、250、149、260、485、170,問是否有理由認(rèn)為元件的平均壽命大于225h?[3]

        該問題是t-檢驗(yàn)問題,在Excel中利用函數(shù)TTEST或者利用數(shù)據(jù)分析以及在matlab中利用函數(shù)ttest都可實(shí)現(xiàn)。限與篇幅下面僅介紹利用spss進(jìn)行t-檢驗(yàn)。

        假設(shè) ,取 ,操作步驟如下:首先,定義變量X,輸入數(shù)據(jù);接著選擇Analyze?——Compare Means——One–Sample T Test,再將變量X放置Test欄中,并在Test框中輸入數(shù)據(jù)225,最后單擊OK按鈕執(zhí)行即可。結(jié)果說明:樣本單位的平均壽命為241.5h,檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t=0.6685自由度df=15,單尾P值小于 ,所以接受 ,拒絕 ,即認(rèn)為平均壽命不大于225h。

        在教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)熟練運(yùn)用某種軟件,并在課堂中注重過程演示和結(jié)果講解,讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)原本難以理解的知識(shí),竟然可以輕易解決,既培養(yǎng)了學(xué)生的興趣,又鍛煉了學(xué)生的綜合能力和動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 譚希麗,徐冬梅.概率統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)方法的幾點(diǎn)體會(huì)[J].高等數(shù)學(xué)研究,2011,14(1)97-98.

        [2] 張廣亮. 在概率統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)中引入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的嘗試和思考[J]. 長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,30(2)85-88.

        [3] 盛驟,謝式千,潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].高等教育出版社,2008.

        [4] 張聯(lián)鋒,蔣敏杰,張鵬龍,等.excel統(tǒng)計(jì)分析與應(yīng)用[M]科學(xué)出版社,2011.

        [5] 薛薇. 統(tǒng)計(jì)分析與SPSS應(yīng)用[M]. 中國人民大學(xué)出版社,2011.

        [6] 鄧薇. Matlab函數(shù)全能速查寶典[M]. 人民郵電出版社,2012.

        (作者單位:洛陽師范學(xué)院 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院)

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