Активный и пассивный эксперимент реферат

Обновлено: 07.07.2024

При пассивном эксперименте информацию о параметрах процесса или объекта получают при нормальной эксплуатации объекта, без внесения каких-либо искусственных возмущений.

При активном эксперименте информацию о параметрах процесса получают путем искусственного внесения возмущений, т.е. изменяют входные параметры в соответствии с заранее спланированной программой (т.е. матрицей планирования

Существует два вида планирования активного эксперимента: традиционное (классическое) однофакторное и многофакторное

При однофакторном планировании влияние входных параметров (факторов) на выходной параметр изучается постепенно, и в каждой серии опытов меняется уровень лишь одного фактора, а все остальные остаются неизменными.

Факторное планирование эксперимента – это такое планирование, при котором одновременно варьируются все факторы.

При факторном планировании эксперимента проводится рандомизация опытов, которая позволяет исключать влияние неконтролируемых факторов и рассматривать их как случайные факторы.
При пассивном эксперименте информацию о параметрах процесса или объекта получают при нормальной эксплуатации объекта, без внесения каких-либо искусственных возмущений.

Основная задача пассивного эксперимента — по результатам наблюдений сделать некоторые выводы о параметрах математической модели эксперимента При этом вид ее предполагается известным, а параметры — неизвестными.

Применение метода пассивного эксперимента может быть успешным, если при его проведении соблюдаются необходимые условия, к которым относятся такие, как правильное определение времени регистрации данных, обеспечение независимости соседних измерений и входных переменных друг от друга, достаточный с точки зрения математической статистики объем экспериментальных данных.Если функция не имеет бесконечных разрывов, то ее можно разложить в степенной ряд Тейлора:

Где,b₀,b_j,b_ij,b_jj - постоянные коэффициенты уравнения, оценки которых необходимо определить в результате постановки и проведения пассивного эксперимента; — число наиболее существенных входных величин, полученных в результате отсеивающего эксперимента.
Для применения методов регрессионного анализа требуется выполнение ряда предпосылок [12], а именно:

1)результаты наблюдений выходной величины в точках факторного пространства представляют собой независимые случайные величины, распределенные по нормальному закону, а процесс изменения выходной величины должен быть стационарным во времени;

2)дисперсии этих случайных величин должны быть равны друг другу (выборочные оценки дисперсий однородны);

3)все значения входных величин должны измеряться с пренебрежимо малой ошибкой по сравнению с ошибкой измерения выходной величины;

4)входные величины не должны коррелировать между собой;

5)все соседние измерения по каждой -й входной величине должны быть независимы.

Число коэффициентов уравнения (9.2) определяет объем эксперимента. Поэтому выбирают такой полином, который содержит как можно меньше коэффициентов, но удовлетворяет требованию простоты и адекватности, под которой понимается способность модели предсказывать результаты эксперимента в некоторой области с требуемой точностью

Активный эксперимент предусматривает активное вмешатель¬ство в ис-следуемый процесс, изменяя его по заранее разработан¬ному экспериментато-ром плану. Примером проведения активного эксперимента являются ПФЭ, ДФЭ и центральные композицион¬ные планы, подробно рассмотренные ранее, когда значения исследуемых факторов в каждом опыте изменяются в соответст¬вии с матрицей планирования эксперимента.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Aktivny_i_passivny_experiment.doc

АКТИВНЫЙ И ПАССИВНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Активный эксперимент предусматривает активное вмешательство в исследуемый процесс, изменяя его по заранее разработанному экспериментатором плану. Примером проведения активного эксперимента являются ПФЭ, ДФЭ и центральные композиционные планы, подробно рассмотренные ранее, когда значения исследуемых факторов в каждом опыте изменяются в соответствии с матрицей планирования эксперимента.

К основным преимуществам активного эксперимента можно отнести следующие:

- планирование эксперимента дает четкую последовательную логическую схему построения всего процесса исследования, т. е. известно что, когда и как надо делать;

- внедрение активного планирования позволяет повысить эффективность исследований, извлечь наибольшее количество сведений об изучаемых процессах при ограниченных затратах, сократить объём экспериментальных исследований, повысить надежность и чёткость интерпретации полученных результатов;

- обработка результатов эксперимента осуществляется стандартными приёмами, позволяющими формализовать процесс построения модели и сопоставить материалы различных исследований.

Таким образом, при оптимизации исследуемых процессов активный эксперимент наиболее эффективен при исследовании в лабораторных условиях, т. е. на этапе оптимального проектирования.

В то же время, в процессе производства технологический процесс постоянно подвергается воздействию случайных неконтролируемых возмущений, что приводит к смещению найденного в лабораторных условиях оптимума относительно технологических факторов. Чтобы иметь возможность оценить это смещение и вести процесс при наиболее благоприятных условиях, необходимо после проведения лабораторных исследований продолжить изучение технологического процесса в реальных производственных условиях. Наилучшие результаты при исследовании технологического процесса в производственных условиях, т. е. на этапе оптимального управления, дает пассивный эксперимент.

Пассивный эксперимент сводится к сбору и обработке данных, полученных в результате пассивного наблюдения за технологическим процессом в производственных условиях. Для анализа и обработки этих данных в настоящее время применяется достаточно большое число методов. К ним относится, в первую очередь, регрессионный и корреляционный анализы, а также факторный анализ, метод главных компонент, временные ряды (дрейф параметров во времени) и др.

В результате проведения регрессионного и корреляционного анализа исследуемого процесса в производственных условия, можно определить уравнение регрессии и найти с помощью коэффициента корреляции степень взаимосвязи изучаемых переменных величин. Однако сами по себе уравнения регрессии и коэффициент корреляции мало что говорят о возможной причинной связи между рассматриваемыми переменными. Для установления этой связи можно использовать факторный анализ, который является довольно гибким количественным методом статистического анализа. Он в большей мере, чем другие методы, может применяться для проверки сложных гипотез и позволяет получить информацию о числе факторов в исследуемой системе, их природе и зависимости, а также степени этой зависимости. Так, по наблюдениям за вариациями 30…40 различных переменных можно с помощью факторного анализа получить конкретную информацию о том, что только пять факторов коррелируют между собой и каждый из них в той или иной степени влияет на изменения соответствующих исходных переменных. Этим путем можно проверить гипотезу, выдвинутую по результатам наблюдений, полученным при анализе другими методами.

Кратко факторный анализ можно охарактеризовать следующим образом:

- в основе анализа лежат результаты наблюдений над естественными изменениями переменных;

- он позволяет выявить основные факторы, оказывающие существенное влияние в исследуемой области;

- этот метод не требует предварительных гипотез, наоборот, он сам может служить основой их выдвижения, а также выступать критерием гипотез, опирающихся на данные, полученные другими методами;

- при анализе этим методом не требуется априорных предположений относительно того, какие переменные зависимы, а какие не зависимы. Он позволяет количественно оценить причинные связи и решить вопрос о степени их влияния в процессе дальнейших исследований;

- с помощью факторного анализа можно рассматривать только линейные корреляционные связи.

Наиболее существенным недостатком факторного анализа является отсутствие однозначного математического решения проблемы факторных нагрузок, т. е. вклада отдельных факторов в изменения значений функции отклика.

Преимущество пассивного эксперимента состоит в том, что при его применении нет необходимости тратить время и средства на постановку опытов. Полученные результаты можно затем использовать для управления процессом. Однако пассивный эксперимент имеет существенные недостатки, ограничивающие его применение для оптимизации технологических процессов.

Во-первых, при сборе экспериментальных данных на действующем промышленном объекте во избежание появления брака возможно лишь незначительное изменение параметров технологического процесса. При этом интервалы варьирования технологическими факторами обычно столь малы, что изменения выходной величины будут в большей степени обусловливаться воздействием неконтролируемых, случайных возмущений.

Во-вторых, при пассивном эксперименте на производстве часто не рассматриваются факторы, оказывающие существенное влияние на процесс, либо из-за невозможности их регистрировать и изменять, либо из-за неполных сведений о процессе. Кроме того, в производственных условиях входные величины X зачастую измеряются с такими большими ошибками, что искажают результаты сильнее, чем ошибки в определении выходного параметра Y.

Наконец, в-третьих, при пассивном эксперименте нет возможности произвольно варьировать технологическими факторами, в результате чего экспериментальные точки часто располагаются неудачно и даже при большом числе опытов нельзя получить точное описание исследуемого процесса.

Но несмотря на отмеченные недостатки, следует иметь в виду, что грамотно организованный пассивный эксперимент и анализ его результатов могут дать богатую информацию о реальном процессе и позволят не только скорректировать результаты предварительно проведенного активного эксперимента, но в ряде случаев даже определить модель исследуемого процесса. Однако это требует глубокого познания механизма явлений изучаемого процесса, и чем он сложнее, тем очевиднее необходимость высокого уровня предварительных теоретических знаний экспериментатора об исследуемом процессе.

Как и наблюдение, эксперимент считается основным исследовательским методом. Необходимость в использовании эксперимента возникает тогда, когда задачи исследования требуют создания ситуации, которая либо не может возникнуть при обычном ходе событий, либо неопределенно долго пришлось бы ее ожидать. Значит, эксперимент – это исследовательский метод, который заключается в том, чтобы создать исследовательскую ситуацию, получить возможность ее изменять, варьировать ее условия, сделав возможным и доступным изучение психических процессов или явлений через их внешние проявления, раскрывая тем самым механизмы и тенденции возникновения и функционирования изучаемого явления.

Содержание

Вложенные файлы: 1 файл

Министерство образования и науки Российской Федерации.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра педагогической психологии и психодиагностики

Эксперимент, его виды и возможности.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Студентки 1 курса 124 группы

Направления (специальности) 050706 «Педагогика и психология

Факультета психолого-педагогического и специального образования

Скоробогатовой Веры Сергеевны

Руководитель
доцент, канд.пед.наук, доцент ____________ Л.Е. Тарасова

Должность, уч.степень, уч.звание подпись, дата инициалы, фамилия

Список используемой литературы…………………………………………………. 19

Экспериментальный метод занял особое место в выделении психологии в отдельную науку. Если метод интроспекции рассматривался как предполагающий субъективную интерпретацию эмпирических данных о состояниях сознания, то переход к экспериментированию поставил вопрос о возможности и критериях объективного знания в психологическом исследовании.

Эксперимент в системе психологических методов выступает в качестве идеальной точки отсчета, по отношению к которой обсуждаются способы сбора данных и ограничения обобщений на основании применения других методов.

Иными словами, эксперимент позволяет целенаправленно изучать психологическое явление, выявляя причинно-следственные связи и отношения.
Получение объективных экспериментальных данных предполагает соблюдение ряда условий.

Выборка должна составляться с учетом принципа случайности испытуемых, исследователей, условий опыта. Это необходимо для исключения интерсубъективного воздействия испытуемых и исследователей на результат эксперимента. При определении размера выборки в эксперименте важно учитывать, насколько большие различия должны быть оценены. Во всяком случае, наилучший выход – брать по возможности самую большую выборку. Выбор необходимого числа объектов для эксперимента обуславливается целью исследования. Большое значение имеет также то, кому будут адресованы рекомендации: всем, для работы с каким-то одним возрастом.
Требование надежности методики исследования выражается в том, что при повторении опыта данная методика должна дать прежний результат. При выборе конкретных методик учитывается их наибольшая информативность, при этом желательно производить описание всех фактов с использованием языка математики, математического аппарата.

В процессе проведения экспериментальной работы необходимо создавать повторяющиеся ситуации для подтверждения (опровержения) ранее полученных данных.
Необходимость значительности расхождения с предполагаемой гипотезой полученных данных достигается с помощью методов математической статистики, когда определяется статистическая значимость различий между до экспериментальным и после экспериментальным состоянием объекта. Если вероятность того, что различие не является случайным, велика, то нулевая гипотеза отвергается или проводится дополнительное число опытов до окончательного выяснения этого вопроса.

Методика эксперимента должна описываться так, чтобы ее можно было повторить. Для этого освещаются следующие аспекты исследования: а) испытуемые – отмечаются существенные для данного эксперимента характеристики (количество, возраст, пол); б) использованное оборудование– описание приборов, существенных для эксперимента; в) процедура – описание последовательных этапов проведения эксперимента, какие инструкции давались испытуемым, как они их выполняли.

Объективные данные можно получить с помощью эксперимента — метода, основанного на создании искусственной ситуации, в которой изучаемое свойство выделяется, проявляется и оценивается лучше всего. Главным достоинством эксперимента является то, что он позволяет надежнее других психологических методов делать выводы о причинно-следственных связях исследуемого феномена с другими феноменами, научно объяснить происхождение явления и его развитие.
Эксперимент в психологии — это специально организованная (в естественных или искусственных условиях) процедура, направленная на установление причинно-следственных связей между изучаемыми явлениями, хотя бы одно из которых относится к категории социально-психологических (процессов, состояний или свойств).

Основные особенности эксперимента, обусловливающие его силу, заключаются в следующем:

В эксперименте исследователь сам вызывает изучаемое им явление, вместо того чтобы ждать, как при объективном наблюдении, пока случайный поток явлений доставит ему возможность его наблюдать.
Имея возможность вызывать изучаемое явление, экспериментатор может варьировать, изменять условия, при которых протекает явление, вместо того чтобы, как при простом наблюдении, брать их такими, какими ему их доставляет случай.
Изолируя отдельные условия и изменяя одно из них при сохранении неизменными остальных, эксперимент тем самым выявляет значение отдельных условий и устанавливает закономерные связи, определяющие изучаемый им процесс. Эксперимент, таким образом, очень мощное методическое средство для выявления закономерностей.
Выявляя закономерные связи между явлениями, экспериментатор может варьировать не только сами условия в смысле их наличия или отсутствия, но и их количественные соотношения. В результате эксперимента устанавливаются допускающие математическую формулировку количественные закономерности. В основном именно благодаря эксперименту естествознание пришло к открытию законов природы.

Основная задача психологического эксперимента заключается в том, чтобы сделать доступными для объективного внешнего наблюдения существенные особенности внутреннего психического процесса. Для этого нужно, варьируя условия протекания внешней деятельности, найти ситуацию, при которой внешнее протекание акта адекватно отражало бы его внутреннее психологическое содержание. Задача экспериментального варьирования условий при психологическом эксперименте заключается в том, чтобы вскрыть правильность одной-единственной психологической интерпретации действия или поступка, исключив возможность всех остальных.

Возникший в пограничной области психофизики и психофизиологии эксперимент в психологии в дальнейшем стал продвигаться от элементарных процессов ощущения к высшим психическим процессам; с этим продвижением в иные области связано было и изменение самого характера эксперимента. От изучения соотношения отдельного физического раздражителя или физиологического раздражителя и соответствующего ему психического процесса он пришел к изучению закономерностей протекания самих психических процессов в определенных условиях. Из внешней причины физические факты стали условиями психического процесса. Эксперимент перешел на изучение его внутренних закономерностей.

С тех пор и главным образом за последние годы эксперимент получил очень многообразные формы и широкое применение в самых различных областях психологии – в психологии животных, в общей психологии и в психологии ребенка. При этом некоторые из новейших экспериментов отличаются большой строгостью методики; по простоте, изяществу и точности результатов они иногда не уступают лучшим образцам, созданным такими зрелыми экспериментальными науками, как, например, физика.

организацию специальных условий деятельности, влияющих на исследуемые психологические особенности испытуемых;
изменение этих условий в ходе исследования.

Вместе с тем экспериментальные методы предполагают использование не экспериментальных и диагностических методов, непосредственно включают их в себя в качестве своих естественных моментов.

Такой фактор, как характер получения экспериментальных данных, делит методики планирования экспериментов на активные и пассивные эксперименты.

При пассивном эксперименте задача планирования эксперимента сводится к оптимальной организации сбора информации, т.е. к выбору интервалов времени между моментами измерений; к определению объема выборки; к выбору методы обработки экспериментальных данных.

1. Сущность методики состоит в том, что эксперимент проводится с целью проверки некоторой гипотезы Н (о том, что надежность результатов обеспечена). В результате эксперимента гипотеза принимается, отклоняется либо обнаруживается необходимость продолжения эксперимента для принятия окончательного решения.

2. При принятии решения возможны ошибки

- отклонения истиной гипотезы (вероятность такой ошибки α) (Вероятность ошибки α называется уровнем значимости) . ;

- принятия неверной гипотезы (с вероятностью β);

-величина - мощностью правила выбора решения.

3. Пусть принимается гипотеза о том, что параметр . Альтернативной является гипотеза о том, что .

4. По результатам измерений определены вероятности . Если , более правдоподобна гипотеза . Оценка надежнее, чем больше отличается от единицы отношение - отношение правдоподобия.

5. Например, при норм. Законе распред. Вероятн. И равноточных измерениях вероятности распределения случайных результатов измерения описываются дифференциальной функцией распределения

Отношения вероятностей для непрерывных случайных результатов измерения можно заменить отношением соответствующих функций правдоподобия , которые представляют собой совместную плотность распределения вероятности значений и при независимых результатах равны

5. Для упрощения расчетовОтношение правдоподобия можно заменить его логарифмом

При принимается гипотеза ; при принимается гипотеза ; при проводятся дополнительные измерения. Параметры выбирают так, чтобы обеспечить заданные вероятности ошибок

При активном эксперименте есть возможность набрать большой объем результатов измерения, но предполагает возможность выбора в каждом измерении тех значений факторов, которые представляют интерес. Если на предварительном этапе анализа результатов измерения необходимо рассматривать как можно больше факторов, но в дальнейшем те факторы, влияние которых на выходные параметры оказывается незначительным, должны быть исключены. При большом числе факторов используют Акт.эксперим. – совокупность методов отсеивания несущественных факторов.

Наиболее известным методом планирования отсеивающих экспериментов является метод случайного баланса. Он предполагает потерю небольшого числа значимых факторов в общей массе незначимых параметров: Пусть по результатам аппроксимации результатов измерения выбрана модель

где - случайная погрешность эксперимента.

Из k факторов выделяют l факторов как шум, при этом

Активный эксперимент, целью которого является оптимизация аппроксимирующей модели, называется экстремальным экспериментом. Планирование такого эксперимента заключается в выборе минимального количества и условий проведения измерений, необходимых для нахождения оптимальных условия. Поиск оптимальных условий состоит в последовательном уточнении модели исследуемого объекта.

Читайте также: