SOFTWARE «STATISTICAL ANALYSIS AND EXPERIMENT PLANNING»

Румянцев П.А.

Кандидат технических наук, доцент, Российский государственный социальный университет, филиал в г. Сочи.

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА»

Аннотация

Создан программный комплекс «Статистический анализ и планирование эксперимента», включающий два программных модуля: «Статистический регрессионный анализ» и «Статистическое планирование эксперимента». Особенностью созданного программного комплекса является интуитивно понятный интерфейс. Данный программный комплекс ориентирован на использование студентами на лабораторно-практических занятиях.

Ключевые слова: программное обеспечение, статистический анализ данных, автоматизация статистического анализа.

Rumyantsev P.A.

Dozent, candidate of technical sciences, associate Professor, Russian state social University, the branch, in Sochi.

SOFTWARE «STATISTICAL ANALYSIS AND EXPERIMENT PLANNING»

Abstract

The software «Statistical analysis and design of experiments», which includes two software modules: «Statistical regression analysis» and «Statistical design of experiments». Feature created software package is user-friendly interface. This software package is focused on the use of students in laboratory practical classes.

Keywords: software , statistical analysis , statistical analysis automation.

Перед исследователями достаточно часто встает вопрос анализа статистических данных в различных областях. При этом возникает необходимость анализировать данные пассивных и активных экспериментов с целью построения регрессионных моделей. Для этих целей возможно использовать специализированные прикладные системы отечественных и зарубежных разработчиков. Подобные статистические прикладные системы, в большинстве своем, относятся к классу универсальных, то есть реализующих большое количество статистических методов. Характерной особенностью таких систем является сложный интерфейс, который не всегда просто освоить студентам, начинающим изучать статистические методы. И это не единственная причина, почему универсальные статистические прикладные системы не всегда целесообразно использовать в учебном процессе. Можно, также, привести следующие доводы:

• высокая цена программных продуктов;
• в обучении статистики используется далеко не весь перечень предоставляемых методов анализа и прогнозирования, что ставит под вопрос целесообразность приобретения статистического пакета с широким диапазоном статистических процедур и функций.

По этой причине на кафедре Экономики и информатики филиала Российского государственного социального университета в г. Сочи было принято решение создать программный комплекс «Статистический анализ и планирование эксперимента», включающий два программных модуля: «Статистический регрессионный анализ» и «Статистическое планирование эксперимента». Особенностью созданного программного комплекса является достаточно простой, интуитивно понятный интерфейс. Данный программный комплекс ориентирован на использование студентами на лабораторно-практических занятиях по таким дисциплинам как «Теория вероятности и математическая статистика», «Моделирование систем», «Статистика», «Эконометрика», «Социально-экономическое прогнозирование» и тому подобных. В качестве инструментария построения программного комплекса выбрана система программирования Borland Delphi 7.

Общая блок-схема программного модуля «Статистический регрессионный анализ» приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Общая блок-схема программного модуля «Статистический регрессионный анализ»

 

Описание блок-схемы: при запуске программного модуля Sta_Passive.exe последовательно предлагается ввести количество факторов (от 1 до 5), количество наблюдений (до 100), исходные значения факторов X_ji и зависимой переменной Y_i.

Если все данные корректно введены и нажата соответствующая экранная кнопка, появляется окно результатов расчета с информацией о количестве проведенных опытов, полученным значении F-критерия Фишера, табличном значении F-критерия Фишера и делается вывод об адекватности модели. В окне результатов расчета имеются две кнопки. Нажатие первой выводит полученные в ходе расчетов значения коэффициентов регрессии, нажатие второй выводит таблицу с расчетными значениями Y.

Общая блок-схема программного модуля «Статистическое планирование эксперимента» приведена на рис. 2.

Рис. 2 - Общая блок-схема программного модуля «Статистическое планирование эксперимента»

 

Описание блок-схемы: при запуске программного модуля Sta_Active.exe появляется диалоговое окно с возможностью выбора метода планирования: ПФЭ(полный факторный эксперимент) или планы Бокса. При выборе любого метода схема последующих действий примерно одинакова: ввод количества факторов(от 2 до 5), ввод исходных значений факторов на основном уровне и интервал варьирования, ввод значений Y. Затем появляется окно результатов расчета с информацией о количестве проведенных опытов, полученном значении F-критерия Фишера, табличном значении F-критерия Фишера и делается вывод об адекватности модели. На форме результатов расчета имеется две кнопки. Нажатие первой выводит полученные в ходе расчетов значения коэффициентов регрессии, нажатие второй выводит таблицу с расчетными значениями Y.

В первую очередь с использованием стиля объектно-ориентированного программирования был спроектирован стартовый загрузочный модуль Sta_Asu.exe (рис. 3).

Рис. 3 - Диалоговое окно стартового загрузочного модуля Sta_Asu.exe

 

Стартовое диалоговое окно Sta_Asu.exe позволяет производить выбор между двумя видами статистического анализа: активным или пассивным экспериментом. При выборе каждого метода статистического анализа в средней части окна представляется его краткое описание. В нижней части окна расположены две кнопки: «Запуск» и «Отмена». Например, при выборе пассивного эксперимента и нажатии кнопки «Запуск» производится запуск загрузочного модуля Sta_Passive.exe (рис. 4), а стартовое окно закрывается и модуль Sta_Asu.exe удаляется из памяти компьютера. При нажатии на кнопку «Отмена» происходит выход из программы.

Рис. 4 - Главная форма модуля «Статистический регрессионный анализ»

 

Главная форма модуля «Статистическое планирование эксперимента» аналогична, с той лишь разницей, что в рабочей области появляется начальное диалоговое окно анализа «Выбор плана», с помощью которого можно выбрать план эксперимента: планы полного факторного эксперимента (ПФЭ) или планы Бокса (рис. 5).

Рис. 5 - Диалоговое окно анализа «Выбор плана»

 

Для простого, интуитивно понятного и оперативного диалога пользователя и программного комплекса в обоих модулях спроектированы главное меню и панель инструментов. Главное меню состоит из шести основных пунктов:

• Файл;
• Правка;
• Вид;
• Анализ;
• Окно;
• Справка.

Главное меню программного комплекса является контекстно-зависимым.

Панель инструментов включает следующие кнопки быстрого доступа: «Начать анализ», «Вывод в файл», «Вырезать», «Копировать», «Вставить», «Вызов справки».

С помощью интуитивно понятного диалога пользователю предлагается выбрать число факторов, ввести исходные данные и получить результаты анализа. Так, для модуля «Статистический регрессионный анализ» диалоговое окно результатов анализа «Результаты расчета» имеет вид, приведенный на рис. 6.

Рис. 6 - Диалоговое окно результатов анализа «Результаты расчета»

 

В этом диалоговом окне выводятся: количество наблюдений, расчетное и табличное значение F-критерия Фишера и вывод об адекватности уравнения регрессии (математической модели).

При нажатии кнопки «Коэф. регр.» («Коэффициенты регрессии») этого диалогового окна появляется диалоговое окно «Коэффициенты», в котором выводятся расчетные значения коэффициентов регрессии (рис. 7), а при нажатии кнопки «Расч. знач. Y» («Расчетные значения Y») появляется диалоговое окно «Yрасч», в котором выводятся расчетные значения зависимой переменной Y.

Рис. 7 - Диалоговое окно «Коэффициенты»

 

Количество окон «Коэффициенты» и «Yрасч», одновременно располагаемых на экране, ограничено шестью.

Вывод в файл с помощью меню Файл à Вывод в файл или кнопки «Вывод в файл» панели инструментов возможен, если активны следующие окна: «Исходные данные», «Результаты расчета», «Коэффициенты», «Yрасч». Сохранение возможно в двух форматах: txt и rtf.

Литература

1. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул.: Учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 1982.
2. Теория статистики: Учебник / Под ред. проф. Р. А. Шмойловой. – 3-е изд., перераб. – М.: Финансы и статистика, 1999.
3. Новик Ф. С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980.
4. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента: Учеб. пособие для вузов, - М.: Радио и связь, 1983.

References

1. L'vovskij E. N. Statisticheskie metody postroenija jempiricheskih formul.: Ucheb. posobie. – M.: Vysshaja shkola, 1982.
2. Teorija statistiki: Uchebnik / Pod red. prof. R. A. Shmojlovoj. – 3-e izd., pererab. – M.: Finansy i statistika, 1999.
3. Novik F. S., Arsov Ja. B. Optimizacija processov tehnologii metallov metodami planirovanija jeksperimentov. M.: Mashinostroenie; Sofija: Tehnika, 1980.
4. Asaturjan V.I. Teorija planirovanija jeksperimenta: Ucheb. posobie dlja vuzov, - M.: Radio i svjaz', 1983.