Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
М. С. Томаш, Т. Г. Флерко, Ю. С. Зезюлина↑ Стр 1 из 6Следующая ⇒ Содержание книги Поиск на нашем сайте
М. С. ТОМАШ, Т. Г. ФЛЕРКО, Ю. С. ЗЕЗЮЛИНА
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ГЕОГРАФИИ
Практическое руководство для студентов специальности 1-31 02 01-02 «География (научно-педагогическая деятельность)» Часть 1
Гомель ГГУ им.Ф.Скорины 2014 УДК ББК
Рецензенты: кандидат географических наук Е. Н. Карчевская; кандидат географических наук О. В. Шершнев
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом учреждения образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
Практическое руководство включает тематику практических занятий, пояснительный материал с основными определениями и формулами для расчета показателей, примеры выполнения заданий и задачи для самостоятельной работы, вопросы для самоконтроля. Раскрыта сущность основных математических методов, применяемых в географических исследованиях для группировки, классификации объектов и выявления пространственных закономерностей. Адресовано студентам специальности «География (научно-педагогическая деятельность)».
УДК ББК
Содержание
Введение
Географические исследования и практические задачи базируются на большом объеме количественной информации, которую необходимо объективно оценить и провести группировку или классификацию, доказать зависимость или провести моделирование, выявить оптимальные условия развития или установить пространственные закономерности развития объектов или явлений, дать прогноз их развития. Решить эти задачи помогают математические и статистические расчеты. В процессе своего развития география накопила большое количество методов, но среди их многообразия на современном этапе резко выделяются по значимости и перспективам использования, интенсивно развивающиеся новейшие методы исследований. В первую очередь это математические методы, открывшие качественно новый этап в информационном обеспечении исследований в науках о Земле. Изучение математических методов – важный элемент профессиональной подготовки студентов высших учебных заведений специальности «География». Студенты-географы должны быть готовы к решению сложных проблем взаимодействия природы и общества. Для принятия практических шагов по улучшению территориальной организации природы, общества и хозяйственной деятельности необходимо владеть теоретическими знаниями, методами, приемами и методикой отраслевых и комплексных физико-географических и экономико-географических исследований. Целью проведения практических занятий по математическим методам в географии является приобретение студентами современных научных знаний о методиках оценки и анализа фактических данных, методах расчета основных математических и статистических показателей. Руководство включает тематику практических занятий, пояснительный материал с основными определениями и формулами для расчета показателей, примеры выполнения заданий и задачи для самостоятельной работы, вопросы для самоконтроля. В издании раскрыта сущность основных математических методов, применяемых в географических исследованиях для группировки, классификации объектов и выявления пространственных закономерностей. Данное практическое руководство предназначено в первую очередь для студентов геолого-географического факультета специальности «География (научно-педагогическая деятельность)», а также будет полезно учителям географии, преподавателям географических дисциплин средних специальных и высших учебных заведений, школьников и всех тех, кто интересуется географией, природопользованием и охраной природы.
Вопросы для самоконтроля
1 Что называется генеральной совокупностью и выборкой? 1 Какие виды выборок бывают? 2 Назовите правила составления выборок разных типов? 3 С какой целью используется критерий Стьюдента при составлении вариационных рядов? 4 Из каких географических данных можно составить вариационный ряд? 5 Каким способом определяется артефакт в вариационном ряду?
Вопросы для самоконтроля
1 С какой целью определяют показатели центра распределения? 1 Какие виды показателей средних вы знаете? 2 Чем отличаются показатели центра распределения? 3 Чем выражаются показатели среднего положения? 4 Что характеризуют показатели среднего положения? 5 Для чего рассчитываются достоверность того или иного показателя?
Вопросы для самоконтроля
1 Для чего используют показатели разнообразия признаков? 2 Какие показатели разнообразия признаков вы знаете? 3 Какие показатели используют как составляющие параметры нормального распределения? 4 Что показывает среднее квадратическое отклонение? 5 На что указывает дисперсия? 6 Что представляет собой коэффициент вариации? 7 Каким бывает разброс вариант в зависимости от значения коэффициента вариации?
Критерий Стъюдента (t) Критерий Фишера (F) 4 Критерий соответствия (χ2)
Достоверность различий между генеральными совокупностями (Ni, N 2...) может быть определена с помощью следующих критериев достоверности: критерия Стьюдента (t), наименьшей существенной разности (НСР), критерия соответствия (χ2), критерия Фишера (F).
1Критерий Стьюдента. Сравнение выборочных совокупностей по критерию Стьюдента t позволяет утверждать с некоторой долей уверенности сходство или различие между средними выборок по разнице между ними с использованием формулы (4.1) где d – разность между средними (М1 – М2); т d – ошибка разности средних. Выделяют три типа сравниваемых статистических совокупностей: независимые с одинаковым объемом выборок (N 1 = N 2), независимые с разным объемом выборок (N 1 N 2), сопряженные только с одинаковым объемом выборок (N 1 = N 2). Независимые статистические совокупности могут быть получены на одной или нескольких точках, но при одинаковых условиях проведения эксперимента: например, измерение температуры воздуха в июле в г. Минске в течение нескольких лет и установление достоверных различий между этими показателями по годам исследований; определение содержания бора в автономных ландшафтах. Поэтому при установлении степени свободы в каждом независимом эксперименте выборочные совокупности суммируются. Сопряженные статистические совокупности, как и независимые, однозначны по смыслу, их получают при проведении исследований на одном или нескольких ключах, но в разных условиях. Например: измерение температур воздуха и почвы на глубине 5 см в г. Минске в июле и сравнение полученных показателей (условия разные, точка наблюдения одна и та же); Степень свободы в каждом рассматриваемом эксперименте определяется по числу пар сравниваемых выборок (Nu). Рассмотрим расчеты достоверности различий для одинакового и разного объемов выборок.
Пример 1. При исследовании глубины расчленения рельефа в Воложинском районе N 1 и Браславском районе N 2 необходимо установить, объединять рассматриваемые участки в один геоморфологический район по степени расчленения рельефа или различать их как самостоятельные. Воложинский район – 20, 17, 16, 15, 15; Браславский район – 17,16, 15, 14, 14. (N1 = N2) 1) Находим среднее арифметическое для каждой выборки
Таблица 2 – Форма обработки вариант в независимых совокупностях
2) Находим разность между средними d =М1 – M 2 (4.2) d = 16,6 – 15,2 = 1,4 м При расчете разницы между средними из большей величины вычитают меньшую независимо от нумерации выборочных совокупностей. 3) Затем находят ошибки средних для каждой выборки в отдельности по формуле (4.3) 4) Находим ошибку разности между средними по формуле: (4.4)
5) Число степеней свободы устанавливают следующим образом: v = N 1 + N 2 – 2 (4.5) v= 5 + 5 – 2 = 8 6) Определяем Критерий Стьюдента (4.6)
Сопоставляем табличные значения критерия Стьюдента tт=2,32 и 3,36 (см. приложение 4) при Р=0,95 и 0,99 для v=8 с расчетным. Поскольку tТ > t Ф,, то разность между средними признается несущественной (недостоверной). Следовательно, при выделении геоморфологических районов по глубине расчленения рельефа рассматриваемые участки необходимо объединить в один геоморфологический район.
Пример 2. При исследовании глубины расчленения рельефа в Воложинском районе N 1 и Браславском районе N 2 необходимо установить, объединять рассматриваемые участки в один геоморфологический район по степени расчленения рельефа или различать их как самостоятельные. Воложинский район – 20, 17, 16, 15, 15; Браславский район – 17,16, 15, 14, 14, 16. (N1 ≠ N2) 1) Находим среднее арифметическое для каждой выборки
Таблица 2 – Форма обработки вариант в независимых совокупностях
2) Находим разность между средними d =М1 – M 2 = 16,6 – 15,3 = 1,3 м 3) Ошибка разности средних, определяется по формуле
(4.7) где Σ(x1 – M1)2 – сумма квадратов отклонений от среднего для первой выборки; Σ (х2 –М2)2 – второй выборки; N1, N2– количество вариант в первой и второй выборках соответственно; 4) Число степеней свободы для разного объема выборок устанавливают следующим образом: (4.8)
(4.9) m1, m2— ошибка среднего первой и второй выборок соответственно (4.10)
5) Определяем Критерий Стьюдента (4.11) Сопоставляем табличные значения критерия Стьюдента tт=2,45 и 3,71 (приложение 4) при Р=0,95 и 0,99 для v=6 с расчетным. Поскольку tТ > t Ф,, то разность между средними признается несущественной (недостоверной) рассматриваемые участки необходимо объединить в один геоморфологический район.
Пример 3. Получены сопряженные выборки только с одинаковым объемом конечно-моренного ландшафта N 1 и донно-моренного ландшафта N 2. Число пар N П = 5. Воложинский район – 20, 17, 16, 15, 15; Браславский район – 17,16, 15, 14, 14 ( N 1 = N 2). 1) Находим среднее арифметическое для каждой выборки
Таблица 3 – Форма обработки данных сопряженных наблюдений
2) Находим разность между средними (4.12) = 16,6 –15,2=1,4
3) Находим ошибку разности между средними по формуле: (4.13) (4.14) где di – разность между индивидуальными сопряженными вариантами в выборках; – разность между средними сопряженных выборок; N П – число сопряженных пар в сопряженных выборках. 4) Число степеней свободы устанавливают следующим образом: v = NП – 2 (4.15) v= 5 – 2=3 5) Определяем Критерий Стьюдента Сопоставляем табличные значения критерия Стьюдента tт=3,18 и 5,84 (приложение 4) при Р=0,95 и 0,99 для v=3 с расчетным. Поскольку t Ф > tТ при Р=0,95,то разность между средними признается существенной (достоверной). Следовательно, при выделении геоморфологических районов по глубине расчленения рельефа рассматриваемые участки необходимо рассматривать как самостоятельные.
2 Критерий наименьшей существенной разности (НСР) показывает то минимальное различие между средними, начиная с которого при выбранном уровне вероятности средние сравниваемые показатели существенно отличаются друг от друга. Величина критерия НСР выражается в тех же единицах, что и сравниваемые средние выборочных совокупностей, и определяется по формуле: (4.16) где т d – ошибка разности средних; tT – табличное значение критерия Стьюдента при выбранном значении уровня вероятности. Если разность между сравниваемыми средними в условиях эксперимента больше или равна величине НСР при Р = 0,95 или 0,99, то различие существенно. Если разность между средними меньше НСР, то различие обусловлено случайными факторами и признается недостоверным. Проверим достоверность разности между средними арифметическими с использованием критерия НСР для случаев независимого и сопряженного наблюдений по формуле: НСР0,95 = 2,32 • 1,1 = 2,55 м, НСР0,99 = 3,36• 1,1 = 3,696 м для независимых наблюдений; НСР0,95 = 3,18 • 0,40= 1,27 м, НСР0,99 = 5,84 •,40 = 2,34 м для сопряженных наблюдений. По величине НСР достоверное различие между средними установлено лишь при сопряженном наблюдении для уровня вероятности 0,95 (HCP0,95=1,27< = 1,4 м).
3 Критерий Фишера (F) используется для установления достоверностиразличия между совокупностями по дисперсиям. В таких случаях лучше использовать критерий Фишера F (положительное асимметричное распределение). Расчет критерия Фишера производится по формуле: (4.17) где по абсолютной величине должна быть больше, чем . Если величина расчетного критерия Фишера FФ не превышает величины приведенного в таблице FT (приложение 5), то различие между сравниваемыми дисперсиями считается недостоверным. При Fф > Fт эти дисперсии достоверно различны, а различие сравниваемых генеральных совокупностей признается неодинаковым. Степень свободы рассчитывается для сравниваемых совокупностей отдельно по формуле v = N – 1.
Пример. Необходимо установить достоверность различия в содержании гумуса в дерново-подзолистой заболоченной суглинистой почве для северной n 1 и центральной n 2 провинций РБ. Количество вариант в обеих совокупностях одинаковое. В результате обработки данных получены следующие средние и дисперсии: M1 = 3,53 %, =0,0024 %; M2 = 3,32 %, =0,00032 %. Сравниваемые совокупности весьма сходны и можно констатировать отсутствие различия между ними. Однако пределы колебаний в совокупностях существенно отличаются по вариантам (более чем в 2 раза), что требует для доказательства сходства или различия использовать критерий Фишера. В результате вычислительных операций получены следующие результаты: Fф = / = 0,0024: 0,00032 = 7,5.
Степень свободы равна: v1 = 5—1=4, v2 = 5—1=4. Для P=0,95 и 0,99 FT = 6,39 и 15,98 (приложение 5) соответственно. Поскольку Fф>Fт, то различие в содержании гумуса по провинциям признается существенным при уровне вероятности Р=0,95. 4 Критерий соответствия (χ2) - количественное изучение явлений требует создания гипотез, с помощью которых можно объяснить эти явления. Для этой цели используется критерий кси-квадрат (χ2), или критерий соответствия, который рассчитывается по формуле (4.18) где φ, φ' – число наблюдений в опыте фактическое и теоретически ожидаемое. Если расчетные значения кси-квадрат превышают табличные (приложение 6), то гипотеза о независимости признаков отвергается. Если < , то признаки можно считать независимыми. Степень свободы при проверке гипотезы о нормальном распределении вычисляется по формуле v = k –3 (4.19) где k – число классов. Достоверность расчетных данных можно также оценить по формуле: (4.20) Различие считается достоверным, если D 3. При обработке данных по условиям применения критерия кси-квадрат требуется, чтобы частота в каждом классе была не менее пяти.
Пример. Следует определить число сельских жителей с бронхолегочными заболеваниями, обострение болезни у которых связано с природными условиями местожительства. Для обработки выборочных вариант составляем таблицу. Всего выявлен 71 больной житель из 639 обследованных одного возраста и пола по 9 человек в каждом населенном пункте. Таблица 4 - Сравнение эмпирических и теоретических частот с использованием критерия кси-квадрат
Для обработки данных количество обследованных сгруппировано в 9 классов. Поскольку частота в каждом классе φ, φ' должна быть не менее 5, объединяем первые три и последние два класса в столбцах 2 и 3. Получаем новые классы с частотами 11,15 и 13,8 (всего по 6 классов распределения). Затем производим расчеты, которые позволяют получить критерий (см. таблицу). Сравниваем и при величине степени свободы v= k –3=6–3=3 и для Р= 0,95. Поскольку =5,43< =7,815 (приложение 6), теоретическое распределение частот несущественно отличается от эмпирического, а гипотеза признается состоятельной. Определим также достоверность :
Полученная величина D=0,99<3, следовательно, рассчитанное значение показывает достоверное влияние природных условий на распространение бронхолегочных заболеваний.
Задания для самостоятельной работы 1 Необходимо установить достоверность различия в содержании гумуса в дерново-подзолистой заболоченной суглинистой почве для северной N1 и центральной N2 провинций РБ. Количество вариант в обеих совокупностях одинаковое. В результате обработки данных получены следующие средние и дисперсии: М1= 4,223 %, σ12= 2,055 %; М2= 3,15 %, σ22= 22,1 %; N = 15. 2 Сравнить глубину расчленения рельефа в пределах конечно-моренного ландшафта N1 и донно-моренного ландшафта N2 (получены сопряженные выборки). Исходные данные представлены в таблице 2. 3 При исследования глубины расчленения рельефа в двух районах Беларуси N1 и N2 необходимо установить, объединять рассматриваемые участки в один геоморфологический район по степени расчленения рельефа или различать их как самостоятельные. Данные приведены в таблице 2.
Таблица 2
4 Собрав данные о городах юго-запада Англии с числом жителей 8-12 тыс. в каждом, обнаружено, что число антикварных магазинов выше среднего (5) в тех городах, где высока доля пенсионеров. Таблица 1 показывает полученное распределение частот. Таблица 1 – Наблюдаемое и теоретическое распределение антикварных магазинов по группам городов, сгруппированных с учетом доли пенсионеров в их населении
Проверить, правильно ли утверждение.
5 Существует гипотеза, что распределение пастбищ не зависит от высоты местности над уровнем моря. Доказать или опровергнуть гипотезу. Оценить достоверность расчетов. Данные представлены в таблице 3 Таблица 3
Вопросы для самоконтроля
1 Назовите основные статистические критерии различия? 2 Какие виды выборок используются для обработки с помощью критериев различия? 3 Что показывает критерий НСР? 4 С какой целью используется критерий Стьюдента при обработке выборок различного объема? 5 По какому критерию устанавливаются различия между выборочными совокупностями? 6 Какой критерий доказывает или опровергает выдвинутую гипотезу?
Приложение 1 Таблица 1 - Таблица достаточно больших чисел
Приложение 2 Таблица 2 - Случайные числа
Приложение 3
Таблица 3 - Значение критерия τ в зависимости от объема выборки N и уровня значимости α
Приложение 4 Таблица 4 - Значения критерия Стьюдента t при различных уровнях значимости
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-20; просмотров: 114; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.89.152 (0.014 с.) |