Помощь студентам в учебе
Методика непараметрического анализа статистической однородности и связи экологических показателей водных объектов
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОГО И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ И СВЯЗИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 6
1.1 Общее описание гидрографического и экологического состояний реки
Охты 6
1.1.2. Рельеф, почвенный покров, растительность 9
1.1.1 Характеристика гидрохимического режима 10
1.1.2 Ввод выборочных показателей многомерных временных рядов для
оценки общего экологическое состояние реки Охты 11
1.2 Понятие статистической гипотезы 15
1.3 Сравнительный анализ параметрического и непараметрического методов
математической статистики 16
1.4 Характеристика непараметрических методов проверки однородности и
связи экологических наблюдений 17
1.4.1 Ранговый критерий Вилкоксона 17
1.4.2 Критерий Вилкоксона - Манна - Уитни 18
1.4.3 Критерий типа Колмогорова-Смирнова 19
1.4.4 Критерий Спирмена 20
1.4.5 Коэффициент корреляции Кенделла 20
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ MATHCAD И EXCEL 23
2.1 Характеристика и особенности программного обеспечения MathCad 23
2.2 Характеристика инструментальных средства EXCEL 26
2.3 Описательная статистика экологических показателей на реке Охте 27
ГЛАВА 3. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ И СВЯЗИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕКИ ОХТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ MATHCAD И EXCEL 38
3.1 Исходные данные 38
3.2 Проверка гипотезы об однородности двух выборок по критерию
Вилкоксона 41
3.3 Проверка гипотезы об однородности двух выборок по критерию
Вилкоксона - Манна - Уитни 43
3.4 Оценка тесноты связи двух выборок по критерию Спирмена 45
3.5 Технико-экономическое обоснование 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ: 56
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОГО И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ И СВЯЗИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 6
1.1 Общее описание гидрографического и экологического состояний реки
Охты 6
1.1.2. Рельеф, почвенный покров, растительность 9
1.1.1 Характеристика гидрохимического режима 10
1.1.2 Ввод выборочных показателей многомерных временных рядов для
оценки общего экологическое состояние реки Охты 11
1.2 Понятие статистической гипотезы 15
1.3 Сравнительный анализ параметрического и непараметрического методов
математической статистики 16
1.4 Характеристика непараметрических методов проверки однородности и
связи экологических наблюдений 17
1.4.1 Ранговый критерий Вилкоксона 17
1.4.2 Критерий Вилкоксона - Манна - Уитни 18
1.4.3 Критерий типа Колмогорова-Смирнова 19
1.4.4 Критерий Спирмена 20
1.4.5 Коэффициент корреляции Кенделла 20
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ MATHCAD И EXCEL 23
2.1 Характеристика и особенности программного обеспечения MathCad 23
2.2 Характеристика инструментальных средства EXCEL 26
2.3 Описательная статистика экологических показателей на реке Охте 27
ГЛАВА 3. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ И СВЯЗИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕКИ ОХТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ MATHCAD И EXCEL 38
3.1 Исходные данные 38
3.2 Проверка гипотезы об однородности двух выборок по критерию
Вилкоксона 41
3.3 Проверка гипотезы об однородности двух выборок по критерию
Вилкоксона - Манна - Уитни 43
3.4 Оценка тесноты связи двух выборок по критерию Спирмена 45
3.5 Технико-экономическое обоснование 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ: 56
Актуальность темы. В настоящее время человечество находится на пике научно-технического прогресса. Объём производственных мощностей удваивается каждые 10-15 лет. Деятельность в сфере НТК время от времени влечёт за собой проблемы и катастрофы техногенного характера, в том числе связанные с водными объектами планеты.
В связи с этим актуальность задачи применения методов непараметрической статистики для анализа статистической однородности экологических явлений обусловлена необходимостью точной и объективной оценки состояния морской среды и своевременной реакции на изменения её параметров.
Цель использования методики непараметрического анализа для оценки статистической однородности и связей экологических показателей в районе морского объекта заключается в выявлении значимых отклонений в экологических показателях на рассматриваемой территории. Она направлена на определение наличия или отсутствия статистически значимой связи между экологическими показателями, что позволяет более точно определять влияние различных факторов на экологическую ситуацию в районе морского объекта и принимать эффективные меры для ее улучшения.
Использование методов непараметрической статистики позволяет более точно определить характеристики экологических явлений и выявить их закономерности без предварительных предположений о распределении параметров.
Решение этой задачи имеет целый ряд практических целей, в том числе возможность более эффективного контроля за состоянием морской среды, планирования экологических мероприятий и оценки их воздействия. Прикладная задача в области совершенствования морских информационных систем заключается в интеграции результатов анализа экологических явлений с другими данными, что позволяет получить более полную картину состояния морской среды и улучшить качество принимаемых на её основе решений.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методики непараметрического анализа для оценки статистической однородности и связи экологических показателей в районе морского объекта — река Охта.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) Проанализировать параметрические и непараметрические методы исследования
2) Выбор и обоснование статистических критериев для оценки многомерных временные рядов экологического мониторинга реки
3) Расчеты по выбранным критериям с использованием пакета Microsoft Excel и системы компьютерной алгебры Mathcad.
Объект выпускной квалификационной работы: многомерные
временные ряды экологического мониторинга (гидрохимический режим) реки Охта
В связи с этим актуальность задачи применения методов непараметрической статистики для анализа статистической однородности экологических явлений обусловлена необходимостью точной и объективной оценки состояния морской среды и своевременной реакции на изменения её параметров.
Цель использования методики непараметрического анализа для оценки статистической однородности и связей экологических показателей в районе морского объекта заключается в выявлении значимых отклонений в экологических показателях на рассматриваемой территории. Она направлена на определение наличия или отсутствия статистически значимой связи между экологическими показателями, что позволяет более точно определять влияние различных факторов на экологическую ситуацию в районе морского объекта и принимать эффективные меры для ее улучшения.
Использование методов непараметрической статистики позволяет более точно определить характеристики экологических явлений и выявить их закономерности без предварительных предположений о распределении параметров.
Решение этой задачи имеет целый ряд практических целей, в том числе возможность более эффективного контроля за состоянием морской среды, планирования экологических мероприятий и оценки их воздействия. Прикладная задача в области совершенствования морских информационных систем заключается в интеграции результатов анализа экологических явлений с другими данными, что позволяет получить более полную картину состояния морской среды и улучшить качество принимаемых на её основе решений.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методики непараметрического анализа для оценки статистической однородности и связи экологических показателей в районе морского объекта — река Охта.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) Проанализировать параметрические и непараметрические методы исследования
2) Выбор и обоснование статистических критериев для оценки многомерных временные рядов экологического мониторинга реки
3) Расчеты по выбранным критериям с использованием пакета Microsoft Excel и системы компьютерной алгебры Mathcad.
Объект выпускной квалификационной работы: многомерные
временные ряды экологического мониторинга (гидрохимический режим) реки Охта
В данной выпускной квалификационной работе была поставлена цель разработки методики непараметрического анализа статистической связи и однородности экологических показателей реки Охты.
В процессе исследования были получены основные результаты, включающие анализ параметрических и непараметрических методов.
Изучение сложных закономерностей экологических процессов в водной среде требует объективного количественного анализа, при котором выбор методов зависит от условий задачи. Непараметрические методы являются актуальными при анализе концентрации вредных веществ, изменении количества донных отложений, а также при выявлении связи между сокращением численности животных и количеством бытовых отходов.
В экологических исследованиях непараметрические методы анализа данных о загрязнении морей имеют преимущества перед параметрическими в силу их разнообразия, простоты расчетов и возможности применения для небольших объемов выборок.
В данной работе методы параметрической и непараметрической статистики были применены для анализа данных о пробах воды реки Охта, с целью проверки их однородности признаков и установления связи между ними.
Для исследования реки Охты как объекта экологических исследований потребуется методика, которая позволит статистический анализ имеющихся данных о пробах воды. Важно проверить однородность данных, установить статистическую значимость признаков и связь между различными признаками. Для этой цели были применены непараметрические методы анализа данных, такие как критейрий Вилкоксона для проверки гипотезы однородности и критерий Спирмена для проверки гипотезы связи между выборками и оценки их тесноты.
Экологические исследования не всегда позволяют использовать параметрические методы, поэтому непараметрические методы могут быть более актуальны при анализе концентрации вредных веществ в воде, изменении количества донных отложений или связи между сокращением численности животных и количеством бытовых отходов в среде их обитания. В данном случае, для более детальной оценки состояния реки Охты, предлагается использовать непараметрические критерии на платформах MathCad и EXCEL, так как это облегчит выполнение большого количества расчетов и получение наглядных результатов.
Ухудшение состояния реки Охты хорошо видно по тенденциям концентраций загрязняющих веществ в воде, особенно железа, т.к. оно превышает ПДК в 5 раз.
Из результатов, полученных в ходе данной работы, можно сделать вывод, что имеющиеся значения являются однородными. Наиболее однородными являются признаки: концентрация кислорода, концентрация железа и БПК. Однородность - ключевой фактор для достижения наиболее точных результатов при статистическом анализе. Для оценки однородности используются параметрические и непараметрические методы, но анализ непараметрическими критериями позволяет получить наиболее точные оценки. Программы MathCad и EXCEL являются удобными инструментами для проведения исследований однородности без необходимости затрачивать много времени.
Предлагаемый общий план методики непараметрического анализа статистической связи геоэкологических явлений включает следующие шаги:
Проверка однородности данных по всем станциям и за два года с помощью t-критерия Вилкоксона
Оценка связи между признаками с помощью коэффициентов ранговой корреляции Спирмена
Эта методика учитывает вероятность ошибок и использует непараметрические методы для оценки однородности данных и связи между признаками, что делает ее более точной и удобной для использования.
В процессе исследования были получены основные результаты, включающие анализ параметрических и непараметрических методов.
Изучение сложных закономерностей экологических процессов в водной среде требует объективного количественного анализа, при котором выбор методов зависит от условий задачи. Непараметрические методы являются актуальными при анализе концентрации вредных веществ, изменении количества донных отложений, а также при выявлении связи между сокращением численности животных и количеством бытовых отходов.
В экологических исследованиях непараметрические методы анализа данных о загрязнении морей имеют преимущества перед параметрическими в силу их разнообразия, простоты расчетов и возможности применения для небольших объемов выборок.
В данной работе методы параметрической и непараметрической статистики были применены для анализа данных о пробах воды реки Охта, с целью проверки их однородности признаков и установления связи между ними.
Для исследования реки Охты как объекта экологических исследований потребуется методика, которая позволит статистический анализ имеющихся данных о пробах воды. Важно проверить однородность данных, установить статистическую значимость признаков и связь между различными признаками. Для этой цели были применены непараметрические методы анализа данных, такие как критейрий Вилкоксона для проверки гипотезы однородности и критерий Спирмена для проверки гипотезы связи между выборками и оценки их тесноты.
Экологические исследования не всегда позволяют использовать параметрические методы, поэтому непараметрические методы могут быть более актуальны при анализе концентрации вредных веществ в воде, изменении количества донных отложений или связи между сокращением численности животных и количеством бытовых отходов в среде их обитания. В данном случае, для более детальной оценки состояния реки Охты, предлагается использовать непараметрические критерии на платформах MathCad и EXCEL, так как это облегчит выполнение большого количества расчетов и получение наглядных результатов.
Ухудшение состояния реки Охты хорошо видно по тенденциям концентраций загрязняющих веществ в воде, особенно железа, т.к. оно превышает ПДК в 5 раз.
Из результатов, полученных в ходе данной работы, можно сделать вывод, что имеющиеся значения являются однородными. Наиболее однородными являются признаки: концентрация кислорода, концентрация железа и БПК. Однородность - ключевой фактор для достижения наиболее точных результатов при статистическом анализе. Для оценки однородности используются параметрические и непараметрические методы, но анализ непараметрическими критериями позволяет получить наиболее точные оценки. Программы MathCad и EXCEL являются удобными инструментами для проведения исследований однородности без необходимости затрачивать много времени.
Предлагаемый общий план методики непараметрического анализа статистической связи геоэкологических явлений включает следующие шаги:
Проверка однородности данных по всем станциям и за два года с помощью t-критерия Вилкоксона
Оценка связи между признаками с помощью коэффициентов ранговой корреляции Спирмена
Эта методика учитывает вероятность ошибок и использует непараметрические методы для оценки однородности данных и связи между признаками, что делает ее более точной и удобной для использования.
