Моделирование дискретной случайной величины и исследование ее параметров
Решение
Базовой называют случайную величину, равномерно распределенную на интервале (0,1). Моделирование производится при помощи функции rnd(m) пакета MathCad 2000, возвращающей значение случайной величины, равномерно распределенной в интервале 0xm.
а) для выборки объемом 170 (рис. 1.1): Xmin = 0.0078, Xmax = 0.996.
Первый начальный момент (математическое ожидание) равен среднему арифметическому значений выборки:
МХ = 0.502, (1.1)
второй центральный момент (дисперсия):
D = 0.086, (1.2)
среднеквадратичное отклонение:
? = 0.293. (1.3)
Рисунок 1.1 Выборка объемом 170.
Для выборки объемом 1700 (рис. 1.2): Xmin = 0.0037, Xmax = 0.998,
МХ = 0.505, (1.4)
D = 0.085, (1.5)
?????????????
?????????????????????????????????????????????????????????????? = 0.292. (1.6)
Рисунок 1.2 Выборка объемом 1700.
Теоретически значения математического ожидания и дисперсии БСВ рассчиты-ваются из определения плотности распределения вероятности:
pравн(x) = , (1.7)
математическое ожидание:
Mx = 0.5, (1.8)
дисперсия:
Dx =
=0.083, (1.9)
что хорошо совпадает с результатами моделирования (1.1) – (1.5).
Задание 2. Получить выборку реализаций БСВ объемом n = 1700. Построить гистограмму распределений и сравнить ее с плотностью распределения равномерно распределенной случайной величины.
Решение
а) выборка получается аналогично Заданию 1(рис. 2.1):
Рисунок 2.1 Выборка объемом 1700
Приняв Xmin = 0, Xmax = 1, разбиваем интервал на q = 10 равных промежутков, каждый из которых равен:
?X = . (2.1)
Количества выборок, попадающих в каждый из интервалов, частоты попадания, оценки плотности сведены в табл. 2.1. Гистограмма распределений представлена на рис. 2.2. Как видно, она достаточно хорошо совпадает с равномерным законом распределения (1.7).
Таблица 2.1 Результаты оценки плотности распределения
Номеринтер-вала 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Диапа-зон значе-ний 0-0.1 0.1-0.2 0.2-0.3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8 0.8-0.9 0.9-1
Коли-чество попа-даний 151 174 149 189 190 161 166 182 177 161
Часто-та по-пада-ния Pi 0.089 0.102 0.088 0.111 0.112 0.095 0.098 0.107 0.104 0.095
Оцен-ка плот-ностиpi 0.888 1.024 0.876 1.112 1.118 0.947 0.976 1.071 1.041 0.947
Рисунок 2.2 Гистограмма распределений
Задание 3. Получить выборку БСВ объемом n = 1700, По этой выборке проверить свойства независимости полученной случайной последовательности (вычислить 10 значений коэффициента корреляции).
Решение
а) снова получим выборку значений БСВ объемом n = 1700 (рис. 3.1):
Рисунок 3.1 Выборка объемом 1700
б) значения математического ожидания и дисперсии:
M = 0.512, (3.1)
D = 0.088. (3.2)
в) функция корреляции:
R(j) = , (3.3)
значения R(j) для j = 1…10 приведены в табл. 3.1, значение R(0) = 0.088 совпадает с дисперсией.
Таблица 3.1 Значения функции корреляции:
j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
R(j) -9.6·10-4 3.53·10-3 2.7·10-4 4.24·10-3 -1.73·10-3 6.61·10-4 4.11·10-4 6.74·10-5 3.95·10-4 1.12·10-3
Задание 4. Выполнить моделирование случайной величины, распределенной по закону Релея. Объем выборки n = 17, ?2 = 27.
Решение
Ддя получения случайной величины с заданным законом распределения из БСВ применим метод обратной функции:
а) для распределения Релея
p(x) = (4.1)
случайная величина
? = F(x) = (4.2)
равномерно распределена в интервале 0…1, и может быть задана с помощью БСВ. Решив уравнение (4.2) относительно x, получаем случайную величину, распределенную по закону (4.1):
?i = ,
xi = , (4.3)
где ?i – значения выборки БСВ
Результат моделирования случайной величины xi представлен на рис. 4.1:
Рисунок 4.1 Выборка случайной величины, распределенной по закону Релея
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М. Физматгиз, 1962. – 246 с.
2. Тихонов В. И. и др. Примеры и задачи по статистической радиотехнике. М. – Сов. радио, 1970. – 600 стр.
3. Трохименко Я.К., Любич Ф.Д. Радиотехнические расчеты на ПК: Справочник. М. – Радио и связь, 1988. – 304 с.
4.
1
3