Введення в планування експерименту (Гурський Григорій)

1. Введення в планування
експерименту
1

2. Основні напрямки завдань, що вирішуються в ПЕ
Експеримент як наукове дослідження - це форма, в якій і за допомогою якої наука існує
і розвивається. Експеримент вимагає ретельної підготовки перед його проведенням.
Планування експерименту з'явилося в агробіології і пов'язаний з ім'ям англійського
статистика та біолога сера Рональда Ейлмера Фішера.
Сам Рональд Фішер пояснював основи планування на прикладі експерименту
виробленого для з'ясування здатності якоїсь англійської леді розрізняти, що було налито в чашку
в першу чергу - чай ​або молоко. Слід зазначити, що для справжніх англійських леді важливо, щоб
чай наливався в молоко, а не навпаки, порушення послідовності буде ознакою невігластва і зіпсує
смак напою.
Експеримент проходить просто: леді пробує чай з молоком і за смаком намагається
зрозуміти, в якій черговості були налиті обидва інгредієнта.
План, розроблений для цього дослідження, характеризується рядом властивостей:
1) Порівняння. У багатьох дослідженнях точне визначення результату вимірювання важко або
неможливо.
2)Рандомізація. Рандомізація необхідна для того, щоб стало можливим застосування
статистичних методів для аналізу результатів дослідження.
3) Реплікація. Неприпустимо робити висновки про здатність до визначення якості чаю тільки по
одній чашці.
4) Однорідність. Незважаючи на необхідність повторення вимірювань (реплікація), їх число не
повинно бути занадто велике, щоб не втратилася однорідність.
5) Стратифікація. Стратифікація - це розподіл експериментальних одиниць у відносно однорідні
групи (блоки, шари).
2

3. Формування інформаційного забезпечення
при проведенні експерименту
Вихідна інформація для подальшого аналізу досліджуваного явища (або об'єкта)
формується за допомогою засобів проведення експерименту, що представляють собою сукупність
засобів вимірювань різних типів, каналів передачі інформації та допоміжних пристроїв для
забезпечення умов проведення експерименту. У різних предметних областях сукупність засобів
для проведення експерименту може називатися по-різному. Надалі будемо користуватися терміном
"вимірювальна система" (ВС).
Ефективність застосування обчислювальних засобів при проведенні експериментів
проявляється в наступних основних напрямках:
1) Скорочення часу підготовки і проведення експерименту в результаті прискорення збору та
обробки інформації, підвищення оперативності управління режимами збору даних;
2) Підвищення точності та достовірності результатів експерименту на основі використання
більш складних і ефективних алгоритмів обробки вимірювальних сигналів;
3) Скорочення числа дослідників, що беруть участь в проведенні експерименту, і застосування
автоматичних систем, здатних виконувати свої завдання в тих умовах, в яких перебування людини
небажано або неможливо;
4) Покращення керованості та гнучкості експерименту за рахунок більш повного контролю за
його ходом;
5) Підвищення оперативності доведення результатів експерименту до споживача в найбільш
зручній формі.
Таким чином, сучасні засоби проведення експерименту являють собою вимірювально-
обчислювальні системи або комплекси, забезпечені розвиненими обчислювальними засобами.
3

4. Види досліджень
Дослідження − процес наукового вивчення якого-небудь об'єкта (предмета, явища)
виявлення його закономірностей.
Дослідження поділяється на такі види: опитування, спостереження, експеримент,
досвід.
1) Опитування − це найбільш поширена і найважливіша форма збору даних. Приблизно 90%
досліджень використовують цей метод. Опитування може бути усним або письмовим. При
письмовому опитуванні учасники одержують опитувальні листи, які вони повинні заповнити і
віддати за призначенням. При письмовому опитуванні оптимальний обсяг опитувальника - 10-15
питань.
2) Інтерв'ю - найбільш гнучкий метод збору соціологічної інформації, який передбачає
проведення бесіди (за певним планом) з респондентом, заснованої на безпосередньому,
особистому контакті з респондентом. При формалізованому інтерв'ю мається конкретна схема
проведення опитування (зазвичай це опитувальний лист, що містить заздалегідь підготовлені чіткі
формулювання питань і продумані моделі відповідей на них).
3) Спостереження - це планомірний, організований збір необхідних даних про явища і процеси
шляхом реєстрації характерних ознак, що характерні для досліджуваних явищ і процесів.
Спостереження є дослідженням якогось явища природи без втручання в процес явища з боку
дослідника.
4) Експеримент - метод пізнання, за допомогою якого в контрольованих і керованих умовах
досліджуються явища дійсності. Відрізняючись від спостереження активним оперуванням
досліджуваним об'єктом.
4

5. Підготовка та проведення експерименту
Підготовка до проведення експерименту складається з ряду завдань:
1) Вибір необхідного числа експериментальних об'єктів;
2) Визначення необхідної тривалості проведення експерименту;
3) Вибір конкретних методик для вивчення початкового стану експериментального об'єкта,
анкетного опитування, інтерв'ю, для створення відповідних ситуацій, експертної оцінки;
4) Визначення ознак, за якими можна судити про зміни в експериментальному об'єкті під впливом
відповідних впливів.
Проведення експерименту:
1) Вивчення початкового стану об'єкта;
2) Вивчення початкового стану умов, в яких проводиться експеримент;
3) Фіксування даних про хід експерименту, що характеризують зміни об'єктів під впливом
експериментальної системи заходів;
4) Вказівка ​утруднень і можливих типових недоліків у ході проведення експерименту;
5) Оцінка поточних витрат часу, коштів і зусиль.
Підведення підсумків експерименту:
1) Опис кінцевого стану об'єкта;
2) Характеристика умов, при яких експеримент дав сприятливі результати;
3) Опис особливостей суб'єктів експериментального впливу;
4) Дані про витрати часу, зусиль і засобів;
5) Вказівка ​меж застосування перевіреної в ході експерименту системи заходів
Досвід − дослідження якогось явища природи з втручанням у процес явища з боку
дослідника, експеримент з чим-небудь або над чим-небудь.
5

6. Анкета для збору апріорної інформації
При підготовці до проведення експерименту необхідно вияснити ряд питань, від яких в
певній мірі залежить успішність досягнення поставленої задачі. З цією метою складають анкету
для збору апріорної інформації. В анкету важливо включити наступні пункти:
1. Сформулювати мету дослідження.
2. Привести список параметрів, що фіксуються в ході досліджень. Для цього можна використати
наступну таблицю.
3. Привести список
а) всіх “запідозряваних” факторів, що впливаять на досліджуваний об’юкт; б) факторів, вклячених
в даний експеримент. Список останніх можна оформити в виді таблиці.
Акуратно оформлена таблицѐ дозволѐю економити час при вводі даних в
ЕОМ, проводити відповідний аналіз даних та інше.
6

7. Класифікація експериментів
Метою експерименту є перевірка гіпотез про причинний зв'язок між явищами:
дослідник створює чи шукає певну ситуацію, приводить у дію гіпотетичну причину і спостерігає
за змінами в природному ході подій, фіксує їх відповідність чи невідповідність припущенням,
гіпотезам.
Експерименти класифікують:
За галузями наук: 1) фізичні; 2) хімічні; 3) психологічні і т.д.
За способом формування умов досліду: 1) природні умови; 2) штучні умови.
За метою досліджень: 1) констатуючі; 2) пошукові; 3) вирішальні.
За організацією та місцем виконання: 1) польові; 2) виробничі; 3) лабораторні.
За характером впливу на об’єкт дослідження: 1) інформаційні; 2) енергетичні; 3) матеріальні.
За типом моделей, що вивчаються під час досліду: 1) матеріальні; 2) уявні (віртуальні).
За числом факторів, які контролюються: 1) однофакторні; 2) багатофакторні.
За можливістю впливу на умови проведення експерименту: 1) активні; 2) пасивні.
За реалізацією всіх можливих поєднань рівнів факторів: 1) повні факторні; 2) дробові
факторні.
7

8. Фактори та параметри оптимізації
Параметр оптимізації - це ознака, за ѐкоя ми хочемо оптимізувати процес. Він повинен
бути кількісним, задаватисѐ числом.
Параметри оптимізації:
1) Економічні параметри оптимізації, такі ѐк прибуток, собівартість і рентабельність, зазвичай
використовуятьсѐ при дослідженні діячих промислових об'юктів, тоді ѐк витрати на експеримент
маю сенс оцінявати в будь-ѐких дослідженнѐх, в тому числі і лабораторних.
2) Серед техніко-економічних параметрів найбільше поширеннѐ маю продуктивність. Такі
параметри, ѐк довговічність, надійність і стабільність, пов'ѐзані з тривалими спостереженнѐми.
Ранг - це кількісна оцінка параметра оптимізації, але вона носить умовний (суб'юктивний)
характер. Ми ставимо у відповідність ѐкісної ознакоя деѐке число - ранг.
Вимоги параметра оптимізації: 1) параметр оптимізації повинен виражатисѐ одним
числом 2) однозначність - заданому набору значень факторів повинно відповідати одне значеннѐ
параметра оптимізації 3) вимога універсальності або повноти - розуміютьсѐ його здатність всебічно
характеризувати об'юкт.
Фактором називаютьсѐ вимірявана змінна величина, що приймаю в деѐкий момент часу
певне значеннѐ і що впливаю на об'юкт дослідженнѐ.
Післѐ вибору об'юкту дослідженнѐ і параметра оптимізації потрібно розглѐнути всі
фактори, ѐкі можуть впливати на процес. Якщо ѐкий-небудь суттювий фактор виѐвитьсѐ
неврахованим і приймаю довільні значеннѐ, не контрольовані експериментатором, то це значно
збільшить похибку досліду. З іншого боку велике число факторів збільшую число дослідів і
розмірність факторного простору. Відомо, що число дослідів рівне N=P^K, де N - число дослідів; P -
число рівнів; K - число факторів.
Фактори розділяються на кількісні і якісні. До кількісних відносѐтьсѐ ті Фактори, ѐкі
можна вимірявати, зважувати і так далі. Якісні Фактори - це різні речовини, технологічні процеси,
прилади, виконавці і тому подібне.
8

9. Перелік використаних джерел
1. Общие принципы планированиѐ експериметов *Електронний ресурс+ /
Наукова статтѐ Режим доступу : http://www.sciencefiles.ru/section/33/
2. Информационно-измерительные системы Часть 1 (оглѐд літератури)
*Електронний ресурс+ / В. В. Кряков Режим доступу :
http://abc.vvsu.ru/Books/I_i_s_1/page0005.asp
3. Анкета длѐ збору апріорної інформації *Електронний ресурс+ / wiki –
статтѐ Режим доступу : http://wiki.tntu.edu.ua/ПЕ2010: Виступ на
семінарі:Трушик_Наталѐ:
4. Фактори експерименту *Електронний ресурс+ / wiki – статтѐ Режим
доступу: http://wiki.tntu.edu.ua/Фактори_експерименту
5. Види експериментів *Електронний ресурс+ / wiki – статтѐ Режим
доступу: http://wiki.tntu.edu.ua/Проведеннѐ_експерименту
6. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий (оглѐд
літератури) *Електронний ресурс+ / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В.
Грановський Режим доступу : http://appmath.narod.ru/page2.html
9