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【關(guān)鍵詞】概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì);本科;教改
【基金項(xiàng)目】洛陽理工學(xué)院重點(diǎn)教學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(No:09-JY013)
目前,概率統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用幾乎遍及科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域,在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)、軍事和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課是一門基礎(chǔ)課,又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程.高等學(xué)校的大部分本科專業(yè)都開設(shè)此課程,甚至在現(xiàn)行的中學(xué)課本里也安排了很多概率統(tǒng)計(jì)知識(shí).因此,學(xué)生應(yīng)該掌握這門課程的基本知識(shí)和理論,并會(huì)把它們應(yīng)用到社會(huì)實(shí)踐當(dāng)中.而這門課又被認(rèn)為是一門較難學(xué)的課程,主要原因是以往的教學(xué)中偏重于基本概念和理論的講解,而忽視了實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)的訓(xùn)練,使學(xué)生為考試而學(xué)習(xí).學(xué)后不用,致使學(xué)生在實(shí)踐中遇到概率統(tǒng)計(jì)問題時(shí)往往束手無策,無法建立概率統(tǒng)計(jì)模型,不會(huì)用概率統(tǒng)計(jì)的方法分析問題、解決問題.總之,概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)本科教學(xué)模式的改革是必要的,通過教學(xué)進(jìn)行改革,注重對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng),才能使學(xué)生成為現(xiàn)實(shí)社會(huì)所需要的人才.
一、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的改革
目前使用教材是由浙江大學(xué)盛驟等人編寫的普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》.考慮到工科學(xué)生的特點(diǎn),在教學(xué)中參考美國(guó)斯皮格爾等編寫的全美經(jīng)典學(xué)習(xí)指導(dǎo)教材《概率與統(tǒng)計(jì)》的部分內(nèi)容,精簡(jiǎn)了理論性過強(qiáng)的內(nèi)容以及一些定理的證明,對(duì)于過分依賴運(yùn)算技巧的內(nèi)容和習(xí)題也作了簡(jiǎn)化處理.但是為了強(qiáng)化應(yīng)用及培養(yǎng)同學(xué)及早確立數(shù)理統(tǒng)計(jì)的思想,在假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析等傳統(tǒng)的應(yīng)用內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)上著重講解應(yīng)用思想,而且不拘泥于教材,有意識(shí)地加強(qiáng)了其他一些應(yīng)用方面的內(nèi)容,如加強(qiáng)概率與統(tǒng)計(jì)和幾何的相互密切聯(lián)系,用幾何直觀性處理抽象概念;與專業(yè)課相結(jié)合,利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)提高課堂教學(xué)效果;統(tǒng)計(jì)軟件的選講等.
二、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)方法的改革
在針對(duì)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)方法改革工作中,通過教改試點(diǎn)班,繼續(xù)深入地進(jìn)行教學(xué)改革工作,全面展開了概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課堂教學(xué)改革與實(shí)踐活動(dòng),形成了一些清晰的認(rèn)識(shí),比較清楚地認(rèn)識(shí)到目前教學(xué)中存在的一些突出問題,并摸索總結(jié)出一些具體的措施.通過對(duì)教改試點(diǎn)班級(jí)的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課堂教學(xué)的具體實(shí)施,形成更清晰的認(rèn)識(shí),對(duì)目前教學(xué)中存在的一些突出問題,摸索并總結(jié)出一些具體的措施加以解決.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)方法改革的主要研究與實(shí)踐工作分成以下幾個(gè)方面進(jìn)行歸納總結(jié).
1.精講多練,增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性和獨(dú)立思考能力
(1)精講.結(jié)合試點(diǎn)班的少學(xué)時(shí)特點(diǎn),開展了“精講多練”等新教學(xué)方式方法的改革實(shí)踐.探索出一些概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)工作與培養(yǎng)學(xué)生的能力、素質(zhì),提高培養(yǎng)質(zhì)量的具體措施,如注重開展綜合訓(xùn)練,定量、半定量教學(xué),解決與工程實(shí)際結(jié)合密切的問題,以大知識(shí)量課堂教學(xué)等向自學(xué)過渡等方式、方法.
(2)多練.對(duì)傳統(tǒng)的作業(yè)、習(xí)題課學(xué)生的態(tài)度不認(rèn)真,直接影響練習(xí)效果;學(xué)生在課下自學(xué)有一定的盲目性.解決這一問題的方法就是改變過去每章末尾上一次習(xí)題課的做法.可以改為增加習(xí)題課次數(shù),縮短習(xí)題課的頻次間隔,上小習(xí)題課,習(xí)題課與正常課結(jié)合進(jìn)行.注重講解解題方法,歸納解題思路.同時(shí)抽時(shí)間進(jìn)行若干次公開答疑,收集學(xué)生的問題老師公開解答,使全班學(xué)生受益.
(3)案例教學(xué).概率統(tǒng)計(jì)課是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科.教師在教學(xué)過程中應(yīng)適當(dāng)將教材中的內(nèi)容擴(kuò)展,設(shè)計(jì)一些實(shí)例進(jìn)行講解,能讓學(xué)生自己主動(dòng)地去學(xué)習(xí),從而提高學(xué)生的應(yīng)用能力.如運(yùn)用古典概率公式解決“鞋子配對(duì)問題”“生日巧合問題”“賭博問題”,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)估計(jì)與假設(shè)檢驗(yàn)解決“先嘗后買產(chǎn)品促銷問題”“吸煙與患癌癥的相關(guān)性”,用中心極限定理解決“保險(xiǎn)公司盈利與虧損的問題”等等.這些都能使學(xué)生感覺到概率統(tǒng)計(jì)與身邊的許多事情都有一定的聯(lián)系,找出其存在的問題、根源,并策劃出解決問題的方案.這種方法有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力.
2.注重?cái)?shù)學(xué)思想方法的教學(xué)和培養(yǎng)建立數(shù)學(xué)模型的能力
利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題時(shí),首先要進(jìn)行的工作是建立數(shù)學(xué)模型.建立數(shù)學(xué)模型的過程,就是將錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問題,抽象概括為合理的數(shù)學(xué)模型的過程,而對(duì)實(shí)際問題的理論分析和科學(xué)研究則是在模型上進(jìn)行的.因此,建立一個(gè)較好的數(shù)學(xué)模型是至關(guān)重要的,它既要有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí),豐富的想象力,又需要尋求合適的數(shù)學(xué)方法.
在授課時(shí)不僅注重“三基”訓(xùn)練,還要突出概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本思想、基本方法.在授課時(shí)通過插講一些數(shù)學(xué)史料、介紹概率學(xué)科相關(guān)分支內(nèi)容等以突出數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本思想、基本方法,從中發(fā)現(xiàn)內(nèi)在聯(lián)系和思想方法的滲透.同時(shí)注重現(xiàn)代數(shù)學(xué)思想方法的滲透.例如,講概率時(shí)結(jié)合一些性質(zhì)和方法,可以引入概率論在計(jì)算機(jī)仿真、生態(tài)學(xué)和工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理等學(xué)科中取得的成果;對(duì)數(shù)理統(tǒng)計(jì),可以介紹它在數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)中的應(yīng)用等.尤其是在課外開展一些專題講座,更能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)未知領(lǐng)域強(qiáng)烈的探索欲望,激發(fā)自己的創(chuàng)新能力.
教師選擇具有代表性的有關(guān)概率統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用案例或應(yīng)用文章,指導(dǎo)學(xué)生去思考、討論、解答,使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到概率統(tǒng)計(jì)這門課的實(shí)用性,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力及建模能力.比如,讓學(xué)生測(cè)量本年級(jí)男、女同學(xué)的身高,看是否符合正態(tài)分布;分析父親的身高與兒子的身高有何關(guān)系;考察入學(xué)成績(jī)與在校成績(jī)的相關(guān)性等.還可以拿出一些相應(yīng)的全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模題讓學(xué)生探討研究.比如,2000年A題的基因分類問題,2002年B題的彩票中的數(shù)學(xué)等,是應(yīng)用了概率統(tǒng)計(jì)中的貝葉斯判別、古典概率、二項(xiàng)分布及中心極限定理解決的,這樣做更能夠增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力.
關(guān)鍵詞:概率統(tǒng)計(jì);優(yōu)勢(shì)弊端;解決策略
一、概率統(tǒng)計(jì)
1.概率統(tǒng)計(jì)的運(yùn)用
概率統(tǒng)計(jì)是指在一定社會(huì)條件下,通過人類的社會(huì)實(shí)踐和生產(chǎn)方式發(fā)展起來的,它主要是指研究自然界中隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律的數(shù)學(xué)方法,又稱數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中,概率統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用隨處可見,例如::在(49選6)中,一共有13983816種可能性(參閱組合數(shù)學(xué)),普遍認(rèn)為,如果每周都買一個(gè)不相同的號(hào),最晚可以在13983816/52(周)=268919年后獲得頭等獎(jiǎng)。事實(shí)上這種理解是錯(cuò)誤的,因?yàn)槊看沃歇?jiǎng)的機(jī)率是相等的,中獎(jiǎng)的可能性并不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的推移而變大。
2.概率統(tǒng)計(jì)的特點(diǎn)
在概率統(tǒng)計(jì)的過程中,主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。首先,概率的統(tǒng)計(jì)范圍非常的廣,任何有規(guī)律發(fā)生的事物都可以應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法。其次,概率統(tǒng)計(jì)具有公平的均勻性。任何無規(guī)律的事物在發(fā)生的過程中總有會(huì)平均出現(xiàn)的幾率,概率統(tǒng)計(jì)可以在隨機(jī)的情況下抽取其中的任何一個(gè),這樣就做到了公平,不會(huì)偏離任何一個(gè)。最后,概率統(tǒng)計(jì)還具有操作簡(jiǎn)單、花費(fèi)時(shí)間短的性質(zhì)。在任何的一個(gè)事物中,概率統(tǒng)計(jì)不需要至始至終的跟蹤觀察,只需要在前幾次固定的次數(shù)中,根據(jù)一定的公式,運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法就可以得出結(jié)論,不僅計(jì)算起來容易,還能在一定程度上大大的節(jié)約時(shí)間。目前在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)中,廣泛存在著概率統(tǒng)計(jì)運(yùn)用的方法。概率統(tǒng)計(jì)在一定程度上保證了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,從而得出的結(jié)論能使人信服。還在一定程度通過概率統(tǒng)計(jì)能反映出一定事物的趨勢(shì)和動(dòng)態(tài),在一定的程度上能起到指引的作用和功能。它還能較準(zhǔn)確的分析出事物的規(guī)律,在一定程度上為人們帶來了一定的方便。
二、概率統(tǒng)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和弊端
1.概率統(tǒng)計(jì)的優(yōu)勢(shì)
概率統(tǒng)計(jì)主要針對(duì)的就是自然界中任何隨機(jī)發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行一個(gè)規(guī)律性的總結(jié),從而得出一定的規(guī)律。它的計(jì)算方法簡(jiǎn)單,計(jì)算過程簡(jiǎn)潔,計(jì)算時(shí)間短,并且所波及事物的范圍比較廣,在很大程度上能為人們所接納使用。不存在人為因素的狀況下,在使用概率統(tǒng)計(jì)的過程中,所得出的結(jié)果具有準(zhǔn)確性、公平性。能得到人們信服。
2.概率統(tǒng)計(jì)的弊端
在針對(duì)概率統(tǒng)計(jì)的優(yōu)勢(shì)中,也存在著一定的弊端。首先,在概率統(tǒng)計(jì)的范圍之廣中,由于概率統(tǒng)計(jì)的對(duì)象是以自然界中任何隨機(jī)發(fā)生的現(xiàn)象為本體,在很大程度上就會(huì)有人為的因素或者自然環(huán)境的因素存在,在一定程度上所得出的結(jié)果不能使人信服。其次,在計(jì)算的過程中,由于人為的因素導(dǎo)致計(jì)算出來的結(jié)果和事實(shí)不相符,極容易造成不良的后果,使人們?cè)谑褂玫倪^程中容易對(duì)概率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生一定的懷疑。因此就要求我們的統(tǒng)計(jì)人員在統(tǒng)計(jì)的過程中一定要認(rèn)真仔細(xì)的核對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),堅(jiān)決避免這種錯(cuò)誤的發(fā)生。
3.概率統(tǒng)計(jì)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的關(guān)系
在隨著科學(xué)技術(shù)日益更新和計(jì)算機(jī)的不斷普及,概率統(tǒng)計(jì)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到我們生活中的各行各業(yè)中來,不僅成為研究公共事業(yè)管理的有利根據(jù),更在一定程度上成為處理工程、投資理財(cái)和在現(xiàn)狀分析中的得力助手。因此,在經(jīng)濟(jì)社會(huì)日益發(fā)展的今天,概率的統(tǒng)計(jì)已經(jīng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)緊密的聯(lián)系在一起,在一定程度上不可分離,概率統(tǒng)計(jì)是服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的。
三、經(jīng)濟(jì)社會(huì)中概率統(tǒng)計(jì)的運(yùn)用
在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)日益發(fā)展的今天,概率統(tǒng)計(jì)的運(yùn)用已經(jīng)非常廣泛。其主要表現(xiàn)在,首先在投資理財(cái)中的應(yīng)用。運(yùn)用一定的統(tǒng)計(jì)方法能使理財(cái)者正確的分析財(cái)務(wù)中的變量和數(shù)據(jù),并且還能運(yùn)用數(shù)學(xué)期望這一隨機(jī)變量的總體特征來預(yù)計(jì)收益或決策投資,能達(dá)到比較可靠的效果。其次,在產(chǎn)品檢驗(yàn)中的應(yīng)用。在產(chǎn)品檢驗(yàn)的過程中,抽樣檢驗(yàn)的方法是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中既具科學(xué)性且又具可行性的一種方法,不僅可以在公平的環(huán)境中進(jìn)行,還能準(zhǔn)確的了解產(chǎn)品的真實(shí)性能。最后是在現(xiàn)狀預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。通過對(duì)事件的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而能對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)狀作出預(yù)測(cè),在對(duì)決策者合理作出正確的決策上有很大的幫助。
四、總結(jié):
綜上所述,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天,概率統(tǒng)計(jì)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到我們的日常生活中來。在給我們的生活帶來一定便利的同時(shí),也要求我們的統(tǒng)計(jì)人員在統(tǒng)計(jì)的過程中注意校對(duì)數(shù)字,只有那樣,才能得出準(zhǔn)確的答案。
【參考文獻(xiàn)】
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教學(xué)內(nèi)容是學(xué)生學(xué)與教師教相互作用過程中有意傳遞的主要信息,學(xué)生是在教師的指導(dǎo)下完成學(xué)習(xí)的,學(xué)什么?取決于教師教學(xué)的內(nèi)容,結(jié)合各專業(yè)的教學(xué)大綱,老師在傳授知識(shí)時(shí)做到為學(xué)生指引道路。我們選取適合學(xué)生的教材,教材的主要內(nèi)容包含概率論基礎(chǔ)知識(shí)(隨機(jī)事件及其概率、隨機(jī)變量及其分布、隨機(jī)變量的數(shù)字特征、大數(shù)定律與中心極限定理)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)(抽樣分布、區(qū)間估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn))。教師為了在教學(xué)中滲透統(tǒng)計(jì)思想,加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用,例如將一些經(jīng)濟(jì)學(xué)案例融入到教學(xué)過程中,讓學(xué)生參與討論分析,這樣可以構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,活躍課堂氣氛,提升教學(xué)效果。在概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的教學(xué)過程中,我們主要采取以下教學(xué)方法:講解式教學(xué)法(教師主要靠課堂講授來完成教學(xué)任務(wù),主要用于大跨度的內(nèi)容簡(jiǎn)介、公式推導(dǎo)證明、例題講解、內(nèi)容總結(jié)、習(xí)題課等);啟發(fā)式教學(xué)法(教師在準(zhǔn)備好教學(xué)內(nèi)容的前提下,確定好問題的切入點(diǎn)和過程控點(diǎn),采用觀察、提示、描述等方式引導(dǎo)學(xué)生去深入地思考并解決問題);自主式教學(xué)法(讓學(xué)生通過自己的獨(dú)立思考、反復(fù)鉆研、反復(fù)實(shí)踐和應(yīng)用獲得知識(shí),使學(xué)生不但掌握所學(xué)知識(shí),更能獲得學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力,使他們能夠適應(yīng)科技飛速發(fā)展的未來社會(huì));引導(dǎo)式教學(xué)法(在教師有目的的引導(dǎo)下,通過自學(xué)、討論、精講、小結(jié)、作業(yè)等教學(xué)環(huán)節(jié),調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,體現(xiàn)“學(xué)為主體、教為主導(dǎo)”的教學(xué)原則);比較教學(xué)法(教師講授時(shí)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行新舊知識(shí)的對(duì)比、概念與概念的對(duì)比,以便加深理解、增強(qiáng)記憶。
有時(shí)可以打破教材中的次序,將不同章節(jié)中的相關(guān)概念集中起來“變序”講授)例如,講授時(shí)將隨機(jī)事件的關(guān)系和隨機(jī)事件的概率求解結(jié)合,使得很多概率的計(jì)算簡(jiǎn)單許多、離散型隨機(jī)變量和連續(xù)型隨機(jī)變量的分布函數(shù)求解的相同和不同處。在每章結(jié)束時(shí),要求學(xué)生用對(duì)比的方法寫出本章的內(nèi)容總結(jié),由教師對(duì)學(xué)生的總結(jié)進(jìn)行講評(píng)、補(bǔ)充和提高。
2取長(zhǎng)補(bǔ)短,相互促進(jìn)
很多時(shí)候,我們教師會(huì)發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過程中只要我們反復(fù)領(lǐng)悟,下次再講解這些內(nèi)容時(shí)會(huì)引入得更簡(jiǎn)單,講解得更好一些。為了更好地交流和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),我們數(shù)學(xué)教研室積極開展與教學(xué)密切相關(guān)的教研活動(dòng),如研討教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法,研究教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn),交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn);集體對(duì)考核試卷進(jìn)行分析,提出改進(jìn)意見;除組織教研活動(dòng)外,還要求各位老師堅(jiān)持互相聽課,取長(zhǎng)補(bǔ)短。很多老師反映在聽其他同事講解同一課題的過程中,可以不斷領(lǐng)悟,從中汲取好的方面,將其融入到自己的教學(xué)中。
3豐富教學(xué)形式,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,高校中都普遍配備了功能齊全的多媒體教室,教師可以結(jié)合先進(jìn)的多媒體技術(shù),把一些教學(xué)內(nèi)容制作成教學(xué)課件,將要講解的理論知識(shí)更形象的展示給學(xué)生,增強(qiáng)他們的印象,例如:在講解常見連續(xù)性隨機(jī)變量中的正態(tài)分布時(shí),根據(jù)不同的期望值和方差值展現(xiàn)出圖形之間的差異,生動(dòng)形象,讓學(xué)生學(xué)習(xí)這一知識(shí)時(shí)更簡(jiǎn)單易懂。另外,概率論中的正態(tài)分布、二項(xiàng)分布等以及統(tǒng)計(jì)學(xué)中的區(qū)間估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)等經(jīng)常涉及到對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析,因此,將Matlab軟件與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教學(xué)進(jìn)行聯(lián)系,可以豐富教學(xué)形式,提高教學(xué)效率和教學(xué)水平,推進(jìn)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程建設(shè)的發(fā)展。例如,講解假設(shè)檢驗(yàn)一章時(shí),在總體方差未知時(shí)均值的檢驗(yàn)可以輔助Matlab進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作,讓學(xué)生直觀看出Matlab統(tǒng)計(jì)工具的快捷與方便。這種教學(xué)形式體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)理念,在教學(xué)過程中培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性的數(shù)學(xué)思維能力。
4《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程中融入數(shù)學(xué)建模思想
數(shù)學(xué)建模的基本思想方法是利用數(shù)學(xué)知識(shí)建立模型,解決實(shí)際問題?!陡怕收撆c數(shù)理統(tǒng)計(jì)》是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)課程,有著大量抽象的概念和理論知識(shí),在其教學(xué)過程中融入數(shù)學(xué)建模思想方法,將部分概念、性質(zhì)、理論寓于一些實(shí)際問題中,選擇有現(xiàn)實(shí)意義、應(yīng)用性較強(qiáng)、便于操作實(shí)現(xiàn)的實(shí)例,讓學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)過的概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)去解決,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的主動(dòng)性和積極性,提高他們的運(yùn)用能力。
數(shù)學(xué)建模可以讓學(xué)生感受、理解知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的過程,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維的習(xí)慣,提升學(xué)生收集處理信息和獲取新知識(shí)的能力,提高學(xué)生分析和解決問題的能力。例如,問題1:實(shí)行計(jì)劃生育是我國(guó)的基本國(guó)策。如果一對(duì)夫婦第一胎是女孩就可以再生育一個(gè)小孩,但不能生育第三胎,那么這項(xiàng)政策是否會(huì)影響下一代男女的比例?問題2:目前,我校有1萬名學(xué)生,每天中午大部分學(xué)生都到食堂用餐,食堂經(jīng)常出現(xiàn)排隊(duì)的現(xiàn)象,那么食堂應(yīng)該增加多少賣飯的窗口才能解決這一現(xiàn)象?這兩個(gè)問題都涉及到概率問題,可以通過建立模型進(jìn)行分析。從而在課堂中引入,可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
關(guān)鍵詞: 古典概型 概率統(tǒng)計(jì) 解題技巧
古典概型是概率論中最基礎(chǔ)和經(jīng)典的一種概率模型,指的是樣本空間樣本點(diǎn)數(shù)有限且每個(gè)樣本點(diǎn)發(fā)生的可能性相等的隨機(jī)試驗(yàn)。
2.三類古典概型
雖然古典概型的問題有多種背景,變換多樣,但是多數(shù)問題可以歸結(jié)為三類,接下來對(duì)每一種問題進(jìn)行探討。
2.1摸球問題
例:一個(gè)盒子中裝有9個(gè)紅球3個(gè)白球,現(xiàn)從中隨機(jī)抽取兩個(gè)球,分別在以下兩種抽樣模式下計(jì)算A,B,C三個(gè)事件的概率。
(1)有放回抽樣:即每次抽取之后放回盒內(nèi)再抽下一個(gè)。
(2)不放回抽樣:即每次抽取后不放回,直接抽下一個(gè)。
A={第一次抽到紅球,第二次抽到白球}
B={抽到一個(gè)紅球一個(gè)白球}
解:(1)樣本空間是從12個(gè)球中有放回取球兩次。第一次取球是從12個(gè)中取一個(gè),第二次取球仍是從12個(gè)中取一個(gè),則共有12■種可能。
對(duì)于事件A,第一次從9個(gè)紅球中取一個(gè),第二次從3個(gè)白球中取一個(gè),共有9?3種可能。
又如:箱子里面有10瓶酒,其中有3瓶是假冒品,現(xiàn)隨機(jī)抽取3瓶,求抽到1件假冒品的概率。
將正品和假冒品看做紅球白球,這就是一個(gè)摸球問題。
2.2分盒問題
再如:現(xiàn)有8人隨機(jī)地被分配到12個(gè)房間,求恰好有8個(gè)房間其中各住一人的概率。
上題可看做將8個(gè)物品放到12個(gè)盒子中。
2.3排序問題
將一些數(shù)字或者字母等按照一定要求進(jìn)行排序的概率求解問題。
例:從0到9中任選三個(gè)組成一個(gè)三位數(shù),求這個(gè)三位數(shù)能夠被5整除的概率。
解:組成三位數(shù)時(shí),百位不能取0,有9種選法。十位除了百位已取走的數(shù),也有9種取法。個(gè)位除去百位和十位的數(shù),剩下8種取法。則n=9×9×8.另外計(jì)算被5整除的可能性,末位是0或5。若末位是0有9×8種可能性,末位為5有8×8種可能性。
類似的題目如:把C,C,E,E,I,N,S這7個(gè)字母隨機(jī)排成一行,求恰好排成英文單詞SCIENCE的概率。
3.解題技巧
古典概型在求解時(shí)除了直接利用公式計(jì)算外,還可以通過一些技巧簡(jiǎn)化運(yùn)算。如在上文2.1取酒的問題中直接計(jì)算需要討論一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)假冒品的情況,可考慮反面,用一減去一個(gè)假冒品都沒有的情況即可。
考慮到的前面,中間,后面的概率是一樣的,所以每種情況的概率均是1/3。這是利用了對(duì)稱的思想。
在古典概型的運(yùn)算中這些簡(jiǎn)便的方法多種多樣,需要根據(jù)題目靈活應(yīng)用,巧妙解題。
4.結(jié)語
以上我們簡(jiǎn)單總結(jié)了古典概型的常見類型和解題技巧。在實(shí)際操作中還需要多做練習(xí),才能將各種方法融會(huì)貫通,順利解決各類概率運(yùn)算問題。
參考文獻(xiàn):
1概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)精品課程建設(shè)舉措
根據(jù)教育部《關(guān)于啟動(dòng)高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程精品課程建設(shè)工作的通知》的精神,精品課程應(yīng)體現(xiàn)“五個(gè)一流”,即“一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)”。雖然概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)目前是一門校級(jí)精品課程建設(shè)項(xiàng)目,但我們?nèi)砸浴拔鍌€(gè)一流”為目標(biāo),扎實(shí)開展概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)材料、教學(xué)管理等方面的課程建設(shè)工作。
1.1優(yōu)化概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容文獻(xiàn)[1]指出,一流教學(xué)內(nèi)容是指在教學(xué)內(nèi)容上,體現(xiàn)現(xiàn)代教育理念和時(shí)代要求,深入開展教育理論研究,結(jié)合課程的歷史沿革和特征,以知識(shí)整合為課程體系建設(shè)的核心,重在課程的精品內(nèi)涵建設(shè),始終保持科學(xué)性、先進(jìn)性和系統(tǒng)性,及時(shí)反映和吸收本學(xué)科領(lǐng)域的最新研究成果,積極整合優(yōu)秀教學(xué)成果和科學(xué)研究成果,體現(xiàn)新時(shí)期社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)提出的新要求。對(duì)于研究生精品課程建設(shè),特別要注意課程教學(xué)內(nèi)容要反映本學(xué)科最新研究成果。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)作為一門研究生公共基礎(chǔ)課程,它的作用是為專業(yè)學(xué)習(xí)與開展研究服務(wù),是作為一門專業(yè)的工具性課程開設(shè)的。所以它在內(nèi)容取舍上必須考慮專業(yè)需要,所反映的概率統(tǒng)計(jì)最新研究成果重點(diǎn)是應(yīng)用性成果,而非理論性成果。為了做到課程教學(xué)為專業(yè)服務(wù)的要求,我們首先設(shè)計(jì)了概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容需求調(diào)查表,對(duì)相關(guān)院的導(dǎo)師和研究生進(jìn)行了調(diào)查,然后對(duì)調(diào)查反饋意見進(jìn)行分析,提煉出專業(yè)最需要的內(nèi)容。進(jìn)而對(duì)本課程原有教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整,大量地引入了現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析方法和統(tǒng)計(jì)軟件的介紹,從原來注重概率論理論教學(xué)轉(zhuǎn)向數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的教學(xué)。
1.2探索概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程“理論—案例—討論”的三步教學(xué)方法一流的教學(xué)方法,就是要在教學(xué)中運(yùn)用學(xué)生樂于接受的教學(xué)形式,采取先進(jìn)的教學(xué)手段,達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的[1],教學(xué)形式可以多種多樣,比如直觀式、啟發(fā)式、討論式、參與式、案例式等都是生動(dòng)有效的形式,使用哪種形式,關(guān)鍵在于要根據(jù)教學(xué)對(duì)象、內(nèi)容和目的因材施教??紤]到研究生在主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考等能力方面比本科生更強(qiáng),在開展研究生課堂教學(xué)時(shí),要更多地采取討論式和案例式等形式。以往我們主要采取教師課堂講授的教學(xué)方法,學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容不能做到理論與專業(yè)結(jié)合,對(duì)如何將概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論與方法應(yīng)用到專業(yè)學(xué)習(xí)與研究中去,學(xué)生一直比較迷茫。為此課程建設(shè)小組成員改革教學(xué)方法,總結(jié)出“理論—案例—討論”的三步教學(xué)方法,也就是在課堂上結(jié)合理論教學(xué)分析案例,并開展討論。在理論部分,既要詳細(xì)闡述數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,也要介紹這些方法的背景、思想,還要交待如何用統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)問題進(jìn)行合理的解釋。比如在方差分析中就要講清楚為什么要引入F統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析、如何用F統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行合理的試驗(yàn)分析等。為了使案例教學(xué)切合專業(yè)實(shí)際,反映專業(yè)研究最新研究成果,我們?cè)诟鲗I(yè)雜志上收集了有關(guān)利用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的文獻(xiàn),先期布置研究生閱讀各自專業(yè)的文獻(xiàn),課堂上要求他們介紹文獻(xiàn)是如何利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法去處理研究問題的,進(jìn)行集體討論。這樣可以讓學(xué)生加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí),能夠感性地掌握將理論應(yīng)用到實(shí)際問題中去的過程。
1.3完善概率統(tǒng)計(jì)課程教學(xué)材料進(jìn)入到21世紀(jì)后,教材已從傳統(tǒng)意義上的紙質(zhì)書,擴(kuò)展到了電子教材、多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)資源庫等輔助教學(xué)材料,形成所謂的立體化教材。就目前來說,紙質(zhì)教材還是主體,其它教學(xué)材料僅起到輔助教學(xué)的作用。要建設(shè)一流的教材,首先要使它所涉及的“內(nèi)容具有基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和科學(xué)性,并反映本課程所涉及學(xué)科的最新成果”[2]。其次要使課程輔助教學(xué)材料形式多樣,內(nèi)容豐富,能夠最全面地支持教師的教學(xué),能夠最大限度地滿足學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需要。在課程教學(xué)材料建設(shè)方面,我們根據(jù)優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容,重新制定了教學(xué)大綱,編寫了具有基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和科學(xué)性的概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)紙質(zhì)教材。在輔助材料建設(shè)上,除了制作PPT教學(xué)軟件外,我們收集了大量的課程內(nèi)容相關(guān)文獻(xiàn)和專業(yè)應(yīng)用案例,并對(duì)這些文獻(xiàn)按學(xué)生專業(yè)再按知識(shí)點(diǎn)分類,對(duì)每篇文獻(xiàn)都研究了討論題目,并建立數(shù)據(jù)庫供教師和學(xué)生查詢。
1.4改革課程考核評(píng)價(jià)方法只有建立科學(xué)規(guī)范的教學(xué)管理機(jī)制,才能實(shí)現(xiàn)“一流的教學(xué)管理”[1]。教學(xué)管理制度由學(xué)校層面制定和實(shí)施,精品課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)在這方面的工作主要是制度的落實(shí)、檔案的管理和課程的考核評(píng)價(jià)。我們?cè)诟怕收撆c數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程的考核評(píng)價(jià)方法上進(jìn)行了較大的改革。在課程考試要求上,以前注重理論知識(shí)的記憶,因此考試題型包括填空、選擇等以考試知識(shí)點(diǎn)為目的的題目。對(duì)于農(nóng)業(yè)院校研究生教育來說,開設(shè)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的主要目的不應(yīng)該是讓學(xué)生獲得本課程的詳細(xì)理論體系,不需要對(duì)這些理論的來源和正確性進(jìn)行深入學(xué)習(xí),目的應(yīng)該是讓研究生通過課程學(xué)習(xí)知道對(duì)隨機(jī)性現(xiàn)象研究的主要方法,掌握數(shù)據(jù)處理的常用和現(xiàn)代方法。因此為了引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí),我們?cè)诳荚囈笊线M(jìn)行了改革,主要考查研究生利用所學(xué)方法對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析的能力。
(赤峰學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,內(nèi)蒙古 赤峰 024000)
摘 要:貝葉斯公式是《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》中的一個(gè)重要公式,同時(shí)也是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn).根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),談了對(duì)這一教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)和一些體會(huì),探討改革教學(xué)模式,滲透數(shù)學(xué)文化等措施.
關(guān)鍵詞 :概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì);貝葉斯公式;教學(xué)設(shè)計(jì);人才培養(yǎng);應(yīng)用能力
中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-260X(2015)01-0227-03
基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的教學(xué)改革,文[1]討論了《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程改革探索與實(shí)踐,文[2]討論了課程教學(xué)方法的改革.現(xiàn)在針對(duì)“貝葉斯公式”一堂課,討論課堂教學(xué).
貝葉斯公式是《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程中的最重要公式之一,也是在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用非常廣泛的公式.它既涉及到全概率公式,又涉及到條件概率,是概率論課程教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn),同時(shí)也是教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn).教學(xué)中常常出現(xiàn)以下問題:一是公式復(fù)雜,難于理解與記憶;二是應(yīng)用困難,易與全概率公式混淆;三是對(duì)公式的作用認(rèn)識(shí)模糊,不利于解決實(shí)際問題.針對(duì)上述弊端,基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式,我們對(duì)于貝葉斯公式的講解給出新的嘗試,并在教學(xué)中取得了良好的效果.
1 關(guān)于課題的引入
中小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué),幾乎每一節(jié)課,都需要有導(dǎo)言或者引例,有的學(xué)校定有制度,也幾乎被人接受.至于高等學(xué)校數(shù)學(xué)教學(xué),是否需要導(dǎo)言、引例等,不同的人有不同的認(rèn)識(shí).有人喜歡用,有人幾乎不用.我們認(rèn)為,要根據(jù)課程的特點(diǎn),適當(dāng)?shù)剡x用簡(jiǎn)單明了的引例.寧缺毋濫,以防沖淡主要教學(xué)內(nèi)容.當(dāng)然,簡(jiǎn)單通俗的導(dǎo)言,應(yīng)該盡量有,但是要精心設(shè)計(jì).總結(jié)多年的教學(xué),對(duì)于“貝葉斯公式”的教學(xué),有效果比較好的兩種方式.
1.1 復(fù)習(xí)三個(gè)重要公式,啟發(fā)導(dǎo)出貝葉斯公式
學(xué)生在前面的課堂學(xué)習(xí)中,已經(jīng)對(duì)條件概率、乘法公式和全概率公式有了一定的了解和認(rèn)識(shí),本次課前先對(duì)這三個(gè)公式進(jìn)行復(fù)習(xí),板書,以備后用.
乘法公式P(AB)=P(A)P(B|A),P(A)>0
=P(B)P(A|B),P(B)>0(2)
我們知道,全概率公式,簡(jiǎn)單的說是“已知原因求結(jié)果”.那么,在實(shí)際當(dāng)中會(huì)不會(huì)遇到“已知結(jié)果求原因”的情況呢?啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考該如何表述,如何解決.
也就是,“事件B發(fā)生了”——結(jié)果,那么它是由于“事件Ai發(fā)生導(dǎo)致的的概率有多大”——究其原因.那么,用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)式子表示就是:P(Ai|B),如何計(jì)算呢?這是條件概率,其中分子P(AiB)用到乘法公式,分母P(B)中用到全概率.寫出來就是:
這就是貝葉斯公式,也叫逆概率公式.推導(dǎo)過程,就是基本的證明.簡(jiǎn)單明了,重點(diǎn)突出.
1.2 通過簡(jiǎn)單易懂的實(shí)例,引入貝葉斯公式
引例一定要簡(jiǎn)單明了,最好來自于生活,學(xué)生易懂.切忌敘述過于復(fù)雜,有圖有表有視頻,分散了學(xué)生的注意力.
引例 某學(xué)院新生有三班級(jí),其中一班男生20人,女生30人;二班男生30人,女生20人;三班男生25人,女生25人.任意選擇一個(gè)班級(jí),再?gòu)闹腥我膺x一名學(xué)生做學(xué)生會(huì)主席,結(jié)果他是男生,問他是一班的概率是多少.
學(xué)生對(duì)這個(gè)背景非常熟悉,不需要常識(shí)介紹,馬上就可以轉(zhuǎn)入對(duì)問題的思考.
分析 用Ai表示事件“學(xué)生會(huì)主席是i班的”,其中i=1,2,3.
用Bi表示事件“學(xué)生會(huì)主席是男生”.
事件A1,A2,A3是完備事件組,相互獨(dú)立.
P(A1)=P(A2)=P(A3)=1/3
P(B|A1)=20/50,P(B|A2)=30/50,P(B|A3)=25/50
問題 “任意選擇一個(gè)班級(jí),再?gòu)闹腥我膺x一名學(xué)生做學(xué)生會(huì)主席,結(jié)果他是男生,他是一班的概率”,就是求概率P(A1|B).根據(jù)條件概率、乘法公式和全概率公式,計(jì)算:
比較兩種引入方法,我們更欣賞第一種.認(rèn)真看看,第二種只是在第一種的基礎(chǔ)上加了一個(gè)實(shí)際背景,計(jì)算、推導(dǎo)都一樣,反而增加了對(duì)兩個(gè)條件概率P(Ai|B)和P(B|Ai)理解.我們強(qiáng)調(diào)重視應(yīng)用意識(shí)培養(yǎng),但是比一定必須要“實(shí)際——理論——應(yīng)用”的統(tǒng)一模式.向第一種那樣“舊理論——新理論——(新)應(yīng)用”也未嘗不可.
2 貝葉斯公式及其證明
有了前面的導(dǎo)入,下面很容易寫出完整的貝葉斯公式.這里要注意,公式一定要完整嚴(yán)謹(jǐn),前邊引出公式不完整、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤?,一定要詳?xì)說明,例如:A1,A2,A3,…,An是完備事件組(樣本空間的一個(gè)劃分).
定理(貝葉斯公式)如果試驗(yàn)E的樣本空間為S,事件A1,A2,A3,…,An是完備事件組,B是E的事件,并且P(B)>0,P(Ai)>0,(i=1,2,3,…,n),則有
這一節(jié)課最簡(jiǎn)單的一點(diǎn)就是貝葉斯公式的證明,根據(jù)條件概率、乘法公式和全概率公式,可以直接寫出.其實(shí)(4)就是比較完整的證明.
難點(diǎn)在于公式中對(duì)兩個(gè)條件概率P(Ai|B)和P(B|Ai)=理解在“誰”的條件下,求“誰”的概率?在這里事件B“是結(jié)果”,它發(fā)生了,它是由于Ai發(fā)生“造成的”.根據(jù)全概率公式,B的發(fā)生由各個(gè)Ai發(fā)生都可能“造成”.每一個(gè)Ai發(fā)生而“造成”的可能性多大?這就是P(Ai|B).
3 通過典型例題,加深理解,強(qiáng)調(diào)應(yīng)用
在現(xiàn)實(shí)生活中,貝葉斯公式有非常廣泛的應(yīng)用,如在疾病診斷、質(zhì)量控制、安全監(jiān)控等方面都發(fā)揮了重要的作用.在教學(xué)實(shí)踐中,我們?cè)鯓涌茖W(xué)合理地設(shè)置應(yīng)用案例,將知識(shí)性與趣味性相互結(jié)合,能夠培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性.
第一個(gè)例題應(yīng)該比較簡(jiǎn)單,可以說是公式的直接套用,讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用這個(gè)公式.如果引例不是前邊的例子,這里可以作為例題1.否則可以選用一般教材上的“三個(gè)工廠生產(chǎn)同一種產(chǎn)品,合格率”問題,第一問應(yīng)用全概率公式,第二問應(yīng)用貝葉斯公式.難度不大,容易理解.
第二例可以以不容易理解,甚至可能造成理解錯(cuò)誤疾病診斷為例.這個(gè)例題在多本教材上出現(xiàn),但是講解都不深刻.武漢大學(xué)教材用了很長(zhǎng)篇幅,但是沒有說到重點(diǎn)上.
例題 根據(jù)以往的臨床記錄,某一地區(qū)患有某種癌癥的發(fā)病率為0.005.患者對(duì)一種試驗(yàn)反應(yīng)是陽性的概率為 0.95,正常人對(duì)這種試驗(yàn)反應(yīng)是陽性的概率為0.02.現(xiàn)抽查了一個(gè)人,試驗(yàn)反應(yīng)是陽性,問此人是此病患者的概率有多大?
題目難度不大,設(shè)A={抽查者患有癌癥},B={抽查者實(shí)驗(yàn)反應(yīng)呈陽性}.那么,A={抽查者不患有癌癥}.
根據(jù)題目條件,已知P(A)=0.005,P(A)=0.995,P(B|A)=0.95, P(B|A)=0.02.現(xiàn)在要求的是P(A|B).
根據(jù)貝葉斯公式:
對(duì)于這個(gè)結(jié)果怎樣理解?P(B|A)=0.95說明95%的患者都能夠檢查出來(漏診未查出來只有5%);P(B|A)=0.02說明只有2%的誤診(或者說沒有病,認(rèn)為有?。?這表明檢查水平比較高,但是,P(A|B)=0.1927,也就是,其正確性不足20%?
如果將這個(gè)實(shí)驗(yàn)用于普查,就是化驗(yàn)呈陽性的人真正患有這種癌癥的不足20%.“其正確性不足11%”[5]的結(jié)論是不對(duì)的.教學(xué)中,對(duì)這個(gè)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析,“某一地區(qū)患有某種癌癥的發(fā)病率為0.005”,就是說這里平均1000人中有5人患這種病.而“P(A|B)=0.1927”說的是,檢查呈陽性的人群中,10000人中大約有1927人患有這種癌癥.二者比較0.1927÷0.005=38.54.這說明的是,“檢查呈陽性的人群患有這種癌癥”是“普通人群患有這種癌癥”的38.54倍.借用“非典”的說法,“疑似”人群是普通人群的21.32倍.這種檢查是有意義的.
再進(jìn)一步思考,檢查呈陽性了,“疑似”了,怎么辦?復(fù)查唄.對(duì)“疑似”人群進(jìn)行復(fù)查.注意,這時(shí)候P(A)=0.1927,那么P(A)=1-0.1927=0.8078.P(B|A)=0.95,
P(B|A)=0.04不變.現(xiàn)在的
這就是說,對(duì)于“疑似”的人,復(fù)查檢查仍然呈陽性,那么,他患有這種癌癥的概率就從19.27%提高到91.89%,是“疑似”的0.9189÷0.1927=4.77倍,是普通人群的0.9189÷0.005=183.78倍,基本可以“確診”.
當(dāng)然,在醫(yī)療過程中醫(yī)師根據(jù)經(jīng)驗(yàn),只有懷疑有這種癌癥的人才做這種檢查,也就是先篩查,發(fā)病率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是0.005.
4 融入數(shù)學(xué)建模思想,培養(yǎng)應(yīng)用意識(shí)
高等教育教學(xué)中,不但讓學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)學(xué),最重要的是要會(huì)用數(shù)學(xué),用數(shù)學(xué)來分析問題、解決問題,也就是應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論知識(shí)去建立數(shù)學(xué)模型的能力.將數(shù)學(xué)建模思想方法融入數(shù)學(xué)類主干課程中已經(jīng)成為教師的共識(shí),但是什么時(shí)候融入,什么課程適合融入,怎么樣融入,是我們一直在探索的課題.我們認(rèn)為,貝葉斯公式就是非常適合的一個(gè)內(nèi)容.
案例1:“拼寫糾正”問題:在文字輸入時(shí),我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)用戶輸入了一個(gè)在字典中不存在的單詞時(shí),我們就需要去猜測(cè),他到底真正想輸入的單詞是什么呢?用概率論中我們形式化的語言來敘述就是,我們需要求:P(他真正想輸入的單詞|他實(shí)際輸入的單詞)這個(gè)概率,并且找出那幾個(gè)使得這個(gè)概率最大的猜測(cè)單詞,甚至于對(duì)他們排序.比如用戶輸入:thew,那么他到底是想輸入the,還是想輸入thaw?到底哪個(gè)猜測(cè)可能性更大呢?
案例2:“通訊信號(hào)估計(jì)”問題:通訊系統(tǒng)由信源、信道、編碼、譯碼和干擾源等幾部分組成.信源發(fā)出來的消息是隨機(jī)的,而由于信道中存在干擾,進(jìn)入信道的某個(gè)信號(hào),從信道出來的信號(hào)可能就不再是這個(gè)信號(hào)了.我們的問題是,當(dāng)接收到一個(gè)信號(hào)后,進(jìn)入信道的信號(hào)到底是什么?
案例3:“股票行情分析”問題:為了分析預(yù)測(cè)一支股票未來一定時(shí)期內(nèi)的價(jià)格變化,我們可以分析影響股票價(jià)格的因素,比如利率的變化.若該支股票上漲了,試分析確實(shí)是由于利率下調(diào)引起股票上漲的概率.
5 簡(jiǎn)單介紹數(shù)學(xué)家,了解數(shù)學(xué)史,滲透數(shù)學(xué)文化
在課堂上適當(dāng)介紹數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)家,特別是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)家,滲透數(shù)學(xué)文化[2].一是能夠減少課堂枯燥,二是提高學(xué)生興趣,三是使學(xué)生初步了解科學(xué)發(fā)展的基本脈絡(luò).
托馬斯·貝葉斯(Thomas Bayes,1701—1761)英國(guó)牧師,業(yè)余數(shù)學(xué)家.他生前是位受人尊敬英格蘭長(zhǎng)老會(huì)牧師.為了證明上帝的存在,發(fā)明了概率統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,非常令人遺憾的是,他的這一愿望至死也未能實(shí)現(xiàn),當(dāng)然,也不可能實(shí)現(xiàn).貝葉斯在數(shù)學(xué)方面主要研究概率論,他將歸納推理法用于概率論基礎(chǔ)理論,創(chuàng)立了貝葉斯統(tǒng)計(jì)理論,對(duì)于統(tǒng)計(jì)推斷、統(tǒng)計(jì)決策函數(shù)、統(tǒng)計(jì)估算等做出了重要貢獻(xiàn).1763年發(fā)表了這方面的論著,對(duì)于現(xiàn)代概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)都有很重要的作用.貝葉斯的另一著作是發(fā)表于1758年的《機(jī)會(huì)的學(xué)說概論》.
貝葉斯所采用的許多術(shù)語被沿用至今.貝葉斯思想和方法對(duì)概率統(tǒng)計(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響.現(xiàn)在,貝葉斯思想和方法在許多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用,
6 結(jié)語
任何人,當(dāng)然包括學(xué)生,要善于總結(jié),進(jìn)行反思.古人講日三省其身,“省”什么,其中重要方面就是總結(jié)與反思.即使不能對(duì)事物進(jìn)行事前準(zhǔn)確預(yù)測(cè),但是事后必須總結(jié)反思,做個(gè)“事后諸葛亮”.如果“失了街亭”,要反思其原因,這是因?yàn)槭裁?“一來是馬謖無謀少才能,二來是將帥不和”“才失了街亭”.再跟深入地問一句,因素“馬謖無謀少才能”和“將帥不和”各自占多大的比例.哪一個(gè)是決定性的.這就用到貝葉斯方法.
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關(guān)鍵詞:粉質(zhì)粘土;土性參數(shù);變異系數(shù);概率模型
中圖分類號(hào):TU442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2012)03-0157-02
可靠性理論始創(chuàng)于第二次世界大戰(zhàn)期間,在戰(zhàn)后才得到了完善與發(fā)展,并且在許多工程領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用,取得了顯著的成效。20世紀(jì)70年代后期,我國(guó)的巖土工程方面的可靠性研究才剛剛開始,但是發(fā)展速度快,本文主要研究的是北京地區(qū)的粉質(zhì)粘土層的參數(shù)性質(zhì),并進(jìn)行相應(yīng)的分析比較統(tǒng)計(jì),得出適用于工程實(shí)際的參考經(jīng)驗(yàn)公式。
一、土層形成歷史和野外地質(zhì)特征
北京地區(qū)位于華北平原北部邊緣,北部、西部為山區(qū),屬于燕山和太行山余脈,大地構(gòu)造位置處于新華夏、陰山緯向和祁呂~賀蘭山字型東翼三個(gè)構(gòu)造體系的交匯部位,新華夏系第二沉降帶與第三隆起帶之間。其中新華夏構(gòu)造體系活動(dòng)性強(qiáng),控制著北京地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的基本格局、地貌基本形態(tài)和地震活動(dòng)。第四紀(jì)以來,新華夏構(gòu)造體系仍在繼續(xù)活動(dòng),是主要發(fā)震的地震構(gòu)造體系。北京新華夏構(gòu)造體系處于太行隆起帶與華北沉降帶交匯部位的北端,活動(dòng)斷裂較為發(fā)育,其中北東向和北西向斷裂是構(gòu)成北京地區(qū)構(gòu)造格局的兩組主要斷裂,控制著北京山區(qū)和平原第四紀(jì)的構(gòu)造輪廓。北西向斷裂活動(dòng)幅度較大,對(duì)沉積物的分布有明顯的控制作用。
在第三紀(jì),北京平原已形成“兩隆一凹”的構(gòu)造格局。以八寶山―高麗營(yíng)斷裂和南苑―通縣斷裂為界,北京平原劃分為京西隆起、北京凹陷和大興隆起三個(gè)構(gòu)造單元。
第四紀(jì)以來,新構(gòu)造格局由“兩隆一凹”變?yōu)椤皟砂家宦 ?。原“北京凹陷”隆起,與大興隆起形成一個(gè)塊體,沿著良鄉(xiāng)―順義斷裂向南傾斜。原“京西隆起”因北京西山抬升和八寶山斷裂以南地塊隆起,形成了凹陷區(qū),以北東向與北西向斷裂為界線。
北京地區(qū)的土層特點(diǎn)是:大部分地區(qū)土層均勻分布,個(gè)別地區(qū)有雜質(zhì)夾層。通過工程資料統(tǒng)計(jì)總結(jié),得出了北京地區(qū)野外地質(zhì)特征是:土層主要是第四紀(jì)沉積土,地下水位適中,上層雜填土呈褐黃色,稍濕,土質(zhì)成分為粉土及粘性土;粉土,褐黃色,稍濕,土質(zhì)不均,局部夾粉質(zhì)粘土薄層,偶見灰色條紋;主要土層為粉質(zhì)粘土,黃褐色,可塑,含云母片氧化鐵,偶見有機(jī)質(zhì),土質(zhì)不均,局部分布粉土薄層;砂礫土,褐黃色部分黃褐色,稍濕,密實(shí),顆粒成份主要為石英、長(zhǎng)石,含云母片,偶見圓礫及個(gè)別卵石。
二、土性參數(shù)變異性
經(jīng)過大自然的地質(zhì)構(gòu)造變遷,巖土的土層土性也表現(xiàn)出了很大的差異性。土層土性參數(shù)的變異性原因主要包含兩個(gè)方面:一是土體本身的原因,主要是土體本身的不均勻性。二是取土技術(shù)上的原因。取土方式方法,土體的運(yùn)輸、儲(chǔ)存,試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)方法的差別。
我們引用變異系數(shù)來表示土層土性參數(shù)的變異性,它既能反映出實(shí)驗(yàn)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,也能反映出所抽取土樣的特征特性的變異,能夠?qū)τ谒芯康耐列詤?shù)整體水平有一個(gè)綜合良好的反映。
根據(jù)北京地鐵8號(hào)線工程場(chǎng)地的巖土工程勘察和實(shí)驗(yàn)資料,對(duì)北京地區(qū)第四紀(jì)沉積土中粉質(zhì)粘土的天然含水量w,天然密度ρ,塑性指數(shù)IP,孔隙比e等4個(gè)物理指標(biāo)和內(nèi)摩擦角ψq、、粘聚力Cq、壓縮指數(shù)Cc、壓縮系數(shù)α1-2等4個(gè)力學(xué)指標(biāo)的均值范圍及變異系數(shù)范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出下列兩個(gè)統(tǒng)計(jì)表格:
通過以上的統(tǒng)計(jì)分析,可以歸納總結(jié)以下幾個(gè)結(jié)論:
1.在北京地區(qū),土層各項(xiàng)物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)的均值范圍變化較小。這表示北京土層整體均勻分布,在北京地區(qū)工程勘察設(shè)計(jì)中,通過對(duì)局部區(qū)域粉質(zhì)粘土層的分析研究,推廣并指導(dǎo)全北京市范圍內(nèi)的巖土工程勘察設(shè)計(jì),研究很具有代表性和可行性。
2.對(duì)比分析上列表中的變異系數(shù)范圍的變化趨勢(shì)可知,上層粉質(zhì)粘土層土性參數(shù)變異性較大,其主要影響因素是:土體表層直接受天氣氣候條件的影響、地下水位的變化影響、人類生產(chǎn)活動(dòng)影響等。
3.北京地區(qū)的“兩凹一隆”地區(qū)的土性參數(shù)的變異系數(shù)變化規(guī)律范圍值基本一致。
4.順義凹陷地帶的土性參數(shù)的變異系數(shù)比其他兩個(gè)地帶的變異系數(shù)大,這主要是因?yàn)轫樍x凹陷是北京西山抬升和八寶山斷裂以南地塊隆起所致。
5.因?yàn)橥翆拥拿芏鹊淖儺愊禂?shù)很小,所以在用概率方法計(jì)算變形和穩(wěn)定時(shí),不需要考慮密度和重度的影響。而天然含水量、孔隙比的變異性比較明顯,所以在土層分析和研究中一般要考慮。
6.壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)的變異系數(shù)范圍值較大,所以在估計(jì)建筑物的沉降量時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的偶然誤差,因此在進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)時(shí),應(yīng)該考慮壓縮指數(shù)和壓縮系數(shù)的變異系數(shù)對(duì)工程的影響。
三、設(shè)計(jì)參數(shù)的概率分布模型
在對(duì)巖土工程的估測(cè)失效概率、可靠性分析時(shí),為了更深入地對(duì)土體設(shè)計(jì)參數(shù)概率分布進(jìn)行研究,本文引用了大家能夠直觀了解的正態(tài)分布模型,另外正態(tài)分布模型也易于用數(shù)學(xué)公式處理數(shù)據(jù)。通過大量的實(shí)驗(yàn)和研究證明,巖土中的土體設(shè)計(jì)參數(shù)概率分布不是所有都屬于正態(tài)分布的。即便k2檢驗(yàn)說明正態(tài)分布與經(jīng)驗(yàn)分布沒有較大的差異,但是他們的分布范圍是不同的。設(shè)計(jì)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)分布一般是在有限的范圍內(nèi),不會(huì)得到負(fù)值,但正態(tài)分布一般是在-∞~+∞的范圍內(nèi)。
β分布表示的是土體的一定范圍內(nèi)的分布,而且對(duì)于很多的設(shè)計(jì)參數(shù)都適應(yīng)。本文的研究結(jié)果表明:用β分布對(duì)土層的壓縮模量、直剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析是很理想的。研究結(jié)果表3:
四、物理力學(xué)指標(biāo)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系
在巖土工程中,經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)土性參數(shù)的設(shè)計(jì)和分析應(yīng)用比較廣泛,而且能夠定量地描述若干土性指標(biāo)間的關(guān)系,也可以用來估測(cè)土層的設(shè)計(jì)參數(shù)。在分析土體的力學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo)的相關(guān)性時(shí),應(yīng)根據(jù)不同的土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同的參數(shù)選取,例如飽和粉質(zhì)粘土中的土體孔隙中含有的水分是影響其力學(xué)指標(biāo)的主要因素;對(duì)于不連續(xù)的介質(zhì)來說,孔隙率的大小是影響其物理指標(biāo)的主要因素。即當(dāng)土體處于完全飽和狀態(tài),顆粒的比重G是個(gè)常數(shù)時(shí),e和w具有線性相關(guān)性,服從e=wG的關(guān)系。
五、結(jié)論
該文系統(tǒng)地介紹了土體物理指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性,歸納總結(jié)了其變異性規(guī)律,并得出了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,通過回歸性分析和相關(guān)性分析的檢驗(yàn),說明了得出的經(jīng)驗(yàn)公式具有一定的實(shí)際使用價(jià)值,對(duì)工程勘察、場(chǎng)地選址的可行性研究具有一定的參考價(jià)值。但是,土的各種特性與土的形成歷史、礦物成分、顆粒組成等因素有關(guān),該文中經(jīng)驗(yàn)關(guān)系只是北京地區(qū)一些勘察資料的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,因此可推廣到北京部分地區(qū)使用,其他地區(qū)可借此作為參考。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:“杠桿效應(yīng)”;二項(xiàng)分布;實(shí)例分析
中圖分類號(hào):O212.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-291X(2013)10-0241-03
阿基米德在《論平面圖形的平衡》中最早提出了杠桿原理,“給我一個(gè)支點(diǎn),我就能翹起整個(gè)地球”的哲思更是讓世界為之撼動(dòng)。眾所周知,物理學(xué)中的“杠桿原理”表明通過力臂與力的調(diào)整,可以使微小的力和距離被放大;類似地,經(jīng)濟(jì)學(xué)“財(cái)務(wù)杠桿效應(yīng)”是指由于固定費(fèi)用的存在而導(dǎo)致,當(dāng)某一財(cái)務(wù)變量以較小幅度變動(dòng)時(shí),另一相關(guān)變量以較大幅度變動(dòng)的現(xiàn)象。那么,在概率統(tǒng)計(jì)中是否存在類似的現(xiàn)象呢?
在文獻(xiàn)[6]中可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)“將微小變動(dòng)不斷放大”的圖例,這個(gè)例子與二項(xiàng)分布密不可分。二項(xiàng)分布是統(tǒng)計(jì)中常用的分布之一。假設(shè)貝努力試驗(yàn)中每次成功的概率為p,n次試驗(yàn)累積成功次數(shù)所占比例為k??傻美鄯e概率為:
η=∑n
i=[kn]+1Ci
npi(1-p)n-i (1)
此處p為基準(zhǔn)概率值,k為中心值,n為試驗(yàn)總次數(shù)。[kn]為對(duì)kn取整數(shù)。
當(dāng)滿足|k-p|=ε(ε>0且ε0),若pk時(shí),會(huì)得到有趣的結(jié)果:(1)當(dāng)p-k=ε時(shí),則η>k,即p取k右(上)側(cè)值,隨著n增大,η1,η無限趨于1;(2)當(dāng)k-p=ε時(shí),則η
例如,當(dāng)k=0.5時(shí),可以得到:(1)當(dāng)p=0.51時(shí),n+∞時(shí),η1;(2)當(dāng)p=0.49時(shí),n+∞時(shí),η0。
下面基于概率統(tǒng)計(jì)中的“杠桿效應(yīng)”來分析以社會(huì)、生活中的幾個(gè)例子。
一、努力提高公眾參與度的選舉
某人欲競(jìng)選學(xué)生會(huì)主席,假定該院系有49%的人不支持他,即每隨機(jī)問一個(gè)人,都有49%的可能不選他。如果從該院系隨機(jī)選擇100人來投票,按照多于半數(shù)當(dāng)選原則(100人中至少51人選他),他不被選上的概率有多大,是否遠(yuǎn)小于某一個(gè)人不選他的概率0.49?1 000人情況又如何?
此題可看做上述一般性規(guī)律總結(jié)的具體化,即k=0.5,p=0.49。根據(jù)(1)式容易計(jì)算得到當(dāng)n=100時(shí),他最終不當(dāng)選(至少51人不選他)的概率約為0.3819。當(dāng)n=1 000時(shí),他最終不當(dāng)選(至少501人不選他)的概率約為0.2532。因此,隨著參與投票人數(shù)的無限增多,該競(jìng)選者不被選上的概率越來越小,甚至可能無限趨于0。這說明,當(dāng)參與投票人主觀意愿趨同,且對(duì)競(jìng)選者略微有利時(shí),隨著公眾參與度的擴(kuò)大,競(jìng)選者被支持的可能優(yōu)勢(shì)將被“概率杠桿”放大。
聯(lián)系實(shí)際,我們時(shí)常聽到鼓勵(lì)公眾參與投票的號(hào)召,一方面從公眾角度,是參與民主途徑的拓寬,另一方面,從競(jìng)選者利益角度,也是將對(duì)自身略微有利條件的擴(kuò)大效應(yīng)。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)競(jìng)選這一社會(huì)現(xiàn)象時(shí),不僅以政治、社會(huì)視角評(píng)價(jià),更應(yīng)從概率統(tǒng)計(jì)中得到理性深刻的認(rèn)知,概率統(tǒng)計(jì)的“杠桿效應(yīng)”便是我們理性認(rèn)知的媒介。
二、遍地撒網(wǎng)的廣告宣傳
日常生活中,廣告與我們“如影相隨”,人口密集度較高處出現(xiàn)的廣告無疑具有宣傳的較好作用。但近些年來,廣告也開始頻繁出現(xiàn)在人口稀少地區(qū)。我們不禁要問,這樣的廣告宣傳真具有商業(yè)價(jià)值嗎?這里我們從概率統(tǒng)計(jì)的角度進(jìn)行一些思考。
假設(shè)單個(gè)消費(fèi)者通過廣告宣傳,對(duì)該產(chǎn)品性能具有一定了解的概率為71% (p=0.71),那么在一定消費(fèi)人群中,如果累積消費(fèi)率達(dá)70%以上,即產(chǎn)品最終被七成以上的人(k=0.7)選擇作為潛在消費(fèi)品的概率變化(如表1所示)。為了對(duì)比,表1也給出了另一種情況下累積概率的變化情況,即假定單一消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品熟知度提升為0.78(p=0.78),這意味著廣告宣傳力度加大,廣告覆蓋人群數(shù)遞增。
表1 兩種情況下累積概率變化情況
從上面兩種情況可以對(duì)比得出:p=0.78相較于p=0.71雖然只增加了一些,但是使得累積概率值趨近于極端值1的速度明顯加快。不難發(fā)現(xiàn),使最終累積概率值極端化的正相關(guān)因素有兩個(gè):一是廣告覆蓋總?cè)巳簲?shù)n,二是潛在消費(fèi)者對(duì)廣告產(chǎn)品熟知度,即基準(zhǔn)概率p。
根據(jù)以上的分析結(jié)果,我們可以理解為什么企業(yè)會(huì)采取“遍地撒網(wǎng)”式的廣告宣傳,甚至觸及偏遠(yuǎn)、人口稀疏區(qū),這一方面是擴(kuò)大熟知產(chǎn)品的總?cè)巳簲?shù)n;另一方面,也是在提升單個(gè)消費(fèi)者對(duì)該產(chǎn)品的熟知度p,即廣告延伸區(qū)域的密集度和廣泛性使廣告宣傳影響力和效果被杠桿效應(yīng)放大。因此,看似人口稀少地區(qū)的農(nóng)村投放大量廣告花費(fèi)的是商家無謂“沉沒成本”,實(shí)質(zhì)上是利用“概率杠桿作用”,旨在提高潛在消費(fèi)人群的科學(xué)做法,且經(jīng)上述驗(yàn)證,符合n重貝努力試驗(yàn)累積后概率值極端化的規(guī)律總結(jié)。
三、洞察商家的謊言
我們經(jīng)常會(huì)看到這樣的例子:某商家宣稱次品率不超過12‰,客戶從該廠生產(chǎn)的一大批產(chǎn)品中不放回地抽取50次,每次一件,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)3件次品,問廠商的話是否可信。
由于產(chǎn)品批量相較于抽取數(shù)量大得多,正、次品概率受前面各次影響甚微,故可將其看其近似看做n重貝努力試驗(yàn),即次品數(shù)x~B(50,0.012],50件產(chǎn)品中恰有3件次品的概率p{x=3}=C30
50(0.012)3(0.988)47≈0.0198,據(jù)實(shí)際推斷原理:“小概率事件在一次試驗(yàn)中實(shí)際不可能發(fā)生。”但此題中竟然發(fā)生,故假設(shè)推斷不可信,廠商的“宣稱”為謊言。
類比概率統(tǒng)計(jì)的杠桿效應(yīng)和小概率事件利用極端值否定假設(shè)的情形,我們發(fā)現(xiàn)兩者具有相同的條件,即“試驗(yàn)次數(shù)足夠多”,但兩者不同之處在于基準(zhǔn)概率值p的大小。在上述杠桿效應(yīng)中,基準(zhǔn)值p接近目標(biāo)概率值k,如選舉實(shí)例中0.490.5,0.510.5,而結(jié)果值極端化地依p較k的方向趨于0或1。而在小概率事件應(yīng)用中,事件重復(fù)n次,若次品率低于12‰,則p{X=3}將更小,也是杠桿效應(yīng)的某種體現(xiàn),最終概率值隨基準(zhǔn)概率的偏離,與中心值差距擴(kuò)大化。概率統(tǒng)計(jì)的杠桿作用使原本的小概率極端化,從而有充分依據(jù)否定原假設(shè),識(shí)別商家夸張的宣傳和洞悉精明的謊言,以理性視角、科學(xué)態(tài)度運(yùn)用于實(shí)踐,分析生活點(diǎn)滴。
四、街頭游戲的本質(zhì)
我們經(jīng)??梢砸姷竭@樣的街頭游戲:攤前擺放著三個(gè)倒立的碗,其中一個(gè)下面藏有硬幣,參與游戲的人只需看清在“游戲組織者”靈活的變換后,硬幣落入哪個(gè)碗即可。
與其說這是一種街頭賭博游戲,不如更恰當(dāng)?shù)亟忉尀椤膀_局”。以參與者的次數(shù)占游戲總次數(shù)一半以上為獲利標(biāo)準(zhǔn),每局中參與者獲利概率為1/3(實(shí)際情況中由于“組織者” 的障眼法,實(shí)際情況可能小于1/3,此處忽略不計(jì)),利用“杠桿原理”計(jì)算n=10,50,100時(shí)參與者獲利的概率為:
表2 n=10,50,100時(shí)參與者獲利概率變化情況
根據(jù)杠桿效應(yīng)可知,參與者獲利的概率微乎其微,相反“組織者”最終必然獲利。參與者在游戲開始時(shí)便處于不利地位,因基準(zhǔn)概率p=1/3,遠(yuǎn)小于目標(biāo)概率k=0.5,即p
五、“積跬步以至千里”
荀子《勸學(xué)》中有言:“不積跬步,無以至千里,不積小流,無以成江海。騏驥一躍,不能十步;駑馬十駕,功在不舍;鍥而舍之,朽木不折;鍥而不舍,金石可鏤?!焙?jiǎn)明而深刻的哲理進(jìn)一步驗(yàn)證了概率統(tǒng)計(jì)的“杠桿效應(yīng)”,即小概率事件經(jīng)過概率累計(jì)的杠桿作用,最終概率甚至可趨于1。
不妨將文字表述數(shù)字化,設(shè)“跬步”、“小流”存在發(fā)生概率為ε(ε>0且ε0)經(jīng)累積過程,最終成就“千里之遠(yuǎn)距”,“江海之浩瀚”(可看作至少發(fā)生一次)的概率為:1-C0
n(1-ε)n=
1(n+∞),對(duì)比“積累”之前結(jié)果:1-C0
關(guān)鍵詞: 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖;基巖峰值加速度;超越概率;地震危險(xiǎn)性分析
中圖分類號(hào):P315911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-0666(2017)02-0257-07
0前言
從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求、科技發(fā)展的必然結(jié)果、新資料的積累、重大災(zāi)害性事件的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)以及防震減災(zāi)法的相關(guān)要求等方面出發(fā),中國(guó)地震局修編了《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[KG-*2](GB 18306D2015)[KG-*2](中國(guó)地震局,2015)[KG-*2](以下簡(jiǎn)稱五代圖),于2015年6月1日正式為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。云南省范圍內(nèi)的重大項(xiàng)目地震安全性評(píng)價(jià)、地震小區(qū)劃等涉及地震危險(xiǎn)性分析的相關(guān)工作應(yīng)使用五代圖編圖原則和技術(shù)方法。為了進(jìn)一步掌握和應(yīng)用這些新的技術(shù)方法,同時(shí)與云南地^以前的工程項(xiàng)目安評(píng)結(jié)果銜接過渡,本文采用五代圖編圖技術(shù)方法進(jìn)行了云南地區(qū)試算實(shí)踐,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。
1五代圖編圖原則和技術(shù)方法
五代圖修編以50年超越概率10%地震動(dòng)峰值加速度與50年超越概率2%地震動(dòng)峰值加速度對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度值的1/19中的較大者作為編圖指標(biāo),從方法上保證了抗倒塌設(shè)計(jì)參數(shù)(即罕遇地震動(dòng))的風(fēng)險(xiǎn)水平不低于50年超越概率2%。同時(shí)提出了極罕遇地震作用(年超越概率10-4的地震動(dòng))概念,用于國(guó)土規(guī)劃和地震應(yīng)急備災(zāi)。
五代圖修編仍采用概率地震危險(xiǎn)性分析方法(CPSHA),依據(jù)其基本原理,基于層次潛在震源區(qū)模型(周本剛等,2013),對(duì)地震活動(dòng)性模型進(jìn)行了改進(jìn)。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)滿足3個(gè)基本假定:(1)地震活動(dòng)的震級(jí)滿足截?cái)嗟腉-R關(guān)系;(2)地震發(fā)生符合泊松分布;(3)地震活動(dòng)在不同潛在震源區(qū)之間為非均勻分布,在同一潛在震源區(qū)內(nèi)為均勻分布。
五代圖修編的基本技術(shù)思路和計(jì)算方法概述如下:
(1)以地震帶為統(tǒng)計(jì)單元,分析地震活動(dòng)的時(shí)間非均勻性,確定未來百年地震發(fā)生的概率模型和地震危險(xiǎn)性空間相對(duì)分布概率模型。對(duì)每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元采用分段的泊松過程模型。令N表示統(tǒng)計(jì)單元未來t年內(nèi)地震發(fā)生次數(shù)的隨機(jī)變量,根據(jù)泊松過程的基本假定,發(fā)生n次M>4地震的概率為:[KH*1]
P(N=n)=[SX(](v4t)nn![SX)]e-v[HT4.]4[HT7"]t[JY](1)[KH*1D]
[HJ2.2mm]其中,v4為M>4地震的年平均發(fā)生率。該值通過地震帶未來百年地震活動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果而得到,反映了地震帶地震活動(dòng)水平的時(shí)間非均勻性。
統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)地震震級(jí)概率密度函數(shù)為截?cái)嗟闹笖?shù)函數(shù)(胡聿賢,1999):[KH*1]
fM(m)=[SX(]βexp(-β(m-m0))1-exp(-β(muz-m0))[SX)][JY](2)[KH*1D]
其中:m0為震級(jí)下限;muz為地震帶震級(jí)上限;β=23b;b即為在統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)震級(jí)頻度關(guān)系中的b值,它反映大小地震間的比例關(guān)系。當(dāng)震級(jí)小于震級(jí)下限和大于震級(jí)上限時(shí),概率密度值為零。
(2)在地震帶(統(tǒng)計(jì)單元)內(nèi)部劃分地震構(gòu)造區(qū)和潛在震源區(qū)(周本剛,2016)。潛在震源區(qū)內(nèi)地震危險(xiǎn)性是均勻分布的。潛在震源區(qū)由幾何邊界、震級(jí)上限和分震級(jí)檔的地震空間分布函數(shù)fi,mj來描述。每個(gè)地震構(gòu)造區(qū)補(bǔ)充幾個(gè)背景性潛在震源,且邊界也不完全重疊。
[BW(S][BG(;N][BHDWG1*2,WK15mmZQ,WK140mm,WK15mmYQW][HT5"][CM(22mm]地震研究[CM)]40卷[BG)F][BW)]
[BW(D][BG(;N][BHDWG1*2,WKZQ0W][HT5"]第2期[JZ]
聞滿華等:《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[KG-*2](GB 18306―2015)編圖方法在云南地區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐
[BG)F][BW)]
(3)利用全概率求和原理計(jì)算在統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)發(fā)生一次地震時(shí),場(chǎng)點(diǎn)給定地震動(dòng)值a的超越概率。基本計(jì)算公式為(胡聿賢,1999):[KH*1]
[JP3]P(A≥a)=∫∫∫∫P(A≥a[JB
其中:P(A≥a[JB
(4)利用地震發(fā)生次數(shù)的分段泊松模型,可以計(jì)算得到某個(gè)統(tǒng)計(jì)單元k對(duì)場(chǎng)點(diǎn)的超越概率為(胡聿賢,1999):[KH*1]
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