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第3章 概率统计实例分析及MatlAb求解

其他。
求解程序:
syms x
f1=x/1500^2;
f2=(3000-x)/1500^2;
Ex=int(x*f1,0,1500)+int(x*f2,1500,3000)
运行结果:
Ex =1500
Ex =1/3 例 2-3:绘制 =0.5,1,3,5,10 时 Poisson 分布的概率密度函数与概率分布函 数曲线。
y=[73.66 64.27 69.34 71.37 69.77 68.12 67.27 68.07 62.61]';
a=0.05;
[h,sig,ci]=ttest2(x,y,a,1)
运行结果:
h=1
sig=0.0142
ci =
1.4148
Inf
因此,在显著性水平 0.05 下,可以判断镍合金的硬度有明显提高。
而对于
H 0 : 225 vs H1 : 225
程序: %正态总体的方差未知时的均值检验 x=[159 280 101 212 224 379 179 264 222 362 168 250 149 260 485 170]; m=225;a=0.05; [h,sig,muci]=ttest(x,m,a,-1) 运行结果: h=0 sig=0.7430 muci =
-Inf 284.7679 由于 sig=0.743,因此更没有充分的理由认为元件的平均寿命小于 225 小时。 例 3-10 某厂铸造车间为提高铸件的耐磨性而试制了一种镍合金铸件以取代 铜合金铸件,为此,从两种铸件中各独立地抽取一个容量分别为 8 和 9 的样本, 测得其硬度(一种耐磨性指标)为: 镍合金 76.43 76.21 73.58 69.69 65.29 70.83 82.75 72.34 铜 合 金 73.66 64.27 69.34 71.37 69.77 68.12 67.27 68.07 62.61
根据专业经验,硬度服从正态分布,且方差保持不变,试在显著性水平 0.05
下判断镍合金的硬度是否有明显提高。 解:
H 0 : 镍 铜 vs H1 : 镍 铜
程序:
%正态总体的方差齐但求知时的均值检验
x=[76.43 76.21 73.58 69.69 65.29 70.83 82.75 72.34]';
参数为 a,b 的 beta 分布;
x=binornd(N,p,m,n)
参数为 N,p 的二项分布;
3.1.2 相关实例求解
例 2-4:设总体密度函数
f
(x)


cos 2
x
,
0,
x ,
2
2
其他.
试从该总体中抽取容量为 1000 的简单随机样本。 解 利用 MATLAB 编辑窗口保存以下程序,保存为 ex11.m n=1000; x=zeros(1,n); k=0; while k<n a=rand*pi-pi/2; b=rand/2; if b<(cos(a)/2) k=k+1; x(k)=a; end end hist(x,-pi/2:0.2:pi/2) 保存完成之后,在命令窗口执行 ex11,则 x 被赋值,且可以得到这个容量
图 2 泊松分布概率密度函数图
图 3 泊松分布概率分布函数
3.2 数理统计实例分析及 MATLAB 求解
3.1.1 MATLAB 实现
在 MATLAB 中各种随机数可以认为是独立同分布的,即简单随机样本。
常用分布的随机数产生方法,可用分布英文名称缩写加上 rnd,例如:
x=betarnd(a,b随机矩阵
B=raylrnd(b,n,m)
%生成 rayleigh 的伪随机数
3.1.2 相关实例求解
例 2-1 计算服从二维正态分布的随机变量在指定范围内的累积分布函数值 并绘图。
程序: %二维正态分布的随机变量在指定范围内的累积分布函数图形 mu=[0 0]; sigma=[0.25 0.3;0.3 1];%协方差阵 x=-3:0.1:3;y=-3:0.2:3; [x1,y1]=meshgrid(x,y);%将平面区域网格化取值 f=mvncdf([x1(:) y1(:)],mu,sigma);%计算累积分布函数值 F=reshape(f,numel(y),numel(x));%矩阵重塑 surf(x,y,F); caxis([min(F(:))-0.5*range(F(:)),max(F(:))]);%range(x) 表 示 最 大 值 与 最 小 值 的 差,即极差。 axis([-3 3 -3 3 0 0.5]);
H 0 : 10 vs H1 : 10
程序:
%正态总体的方差已知时的均值检验
x1=[9.8 10.4 10.6 9.6 9.7 9.9 10.9 11.1 9.6 10.2];
x2=[10.3 9.6 9.9 11.2 10.6 9.8 10.5 10.1 10.5 9.7];
x=[x1 x2]';
xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('Probability Density');
图 1 二维正太分布累积分布函数值图
例 2-2

X
的概率密度为
f
(x)

x

1500 2 3000

1500 2
, x
,
0

0 x 1500; 1500 x 3000; ,求 E( X ) 。
例 3-11 q-q 图 程序: %分布拟合检验(q-q 图法) x=normrnd(0,1,100,1);%生成服从正态分布的随机数 y=normrnd(0.5,2,50,1); z=weibrnd(2,0.5,100,1);%生成服从威布尔分布的随机数 subplot(2,2,1)%说明生成子图的位置 qqplot(x);hold on subplot(2,2,2);qqplot(x,y);hold on subplot(2,2,3);qqplot(z);hold on subplot(2,2,4);qqplot(x,z); hold off 运行结果见下图:
m=10;sigma=0.4;a=0.05;
[h,sig,muci]=ztest(x,m,sigma,a,1)
运行结果:
h =1
sig =0.01267365933873
muci =
10.05287981908398
Inf
因此,在 0.05 的水平下,可以认为装配时间的均值不小于 10。
例 3-9 某种电子元件的寿命 X (以小时计)服从正态分布, 和 2 均未知。
代码如下:
x=[0:15]'; y1=[]; y2=[]; lam1=[0.5,1,3,5,10];
for i=1:length(lam1)
y1=[y1,poisspdf(x,lam1(i))]; y2=[y2,poisscdf(x,lam1(i))];
end
plot(x,y1), figure; plot(x,y2)
x=[159 280 101 212 224 379 179 264 222 362 168 250 149 260 485 170];
m=225;a=0.05;
[h,sig,muci]=ttest(x,m,a,1)
运行结果:
h=0
sig=0.2570
muci=
198.2321
Inf
由于 sig=0.257,因此没有充分的理由认为元件的平均寿命大于 225 小时。
运行结果: muhatmle =28.6950 sigma2hatmle =0.9185 例 3-7 设两台车床加工同一零件,各加工 8 件,长度的误差为: A:-0.12 -0.80 -0.05 -0.04 -0.01 0.05 0.07 0.21 B:-1.50 -0.80 -0.40 -0.10 0.20 0.61 0.82 1.24 求方差比的置信区间。 解:用 Matlab 计算如下: x=[-0.12,-0.80,-0.05,-0.04,-0.01,0.05,0.07,0.21]; y=[-1.50,-0.80,-0.40,-0.10,0.20,0.61, 0.82,1.24]; v1=var(x); v2=var(y); c1=finv(0.025,7,7); c2=finv(0.975,7,7); a=(v1/v2)/c2; b=(v1/v2)/c1; [a,b] 计算结果为: [0.0229 0.5720] 结论:方差比小于 1 的概率至少达到了 95%,说明车床 A 的精度明显高。 例 3-8 下面列出的是某工厂随机选取的 20 只零部件的装配时间(分): 9.8 10.4 10.6 9.6 9.7 9.9 10.9 11.1 9.6 10.2 10.3 9.6 9.9 11.2 10.6 9.8 10.5 10.1 10.5 9.7 设装配时间的总体服从正态分布,标准差为 0.4,是否可以认为装配时间的 均值在 0.05 的水平下不小于 10。 解:
现测得 16 只元件的寿命如下: 159 280 101 212 224 379 179 264 222 362 168 250 149 260 485 170 问是否有理由认为元件的平均寿命大于 225(小时)? 解:
H 0 : 225 vs H1 : 225
程序:
%正态总体的方差未知时的均值检验
图 12 q-q 分布图
结论:上面的 q-q 图中第 1 个子图用 x 的数据绘图,因为服从正态分布,图 中数据点呈直线分布;第 2 个子图用 x 数据和 y 数据(均服从正态分布),数据 点的主体部分呈直线;第 3 个子图用 z 数据绘图,由于它服从威布尔分布,所以 数据点不在一条直线上;第 4 个子图是用 x 数据和 z 数据绘制的,因为它们不是 同分布的,图中数据点不呈直线分布。
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