Міжнародний університет природи, суспільства і людини "Дубна" Кафедра вищої математики Кафедра системного аналізу та управління
Курсова робота з теорії ймовірностей і математичній статистиці на тему:
Залежність кількості лейкоцитів у крові людини від рівня радіації студентки 2 курсу групи 2101 Березиною Ірини Володимирівни
Керівники: проф. Чавлейшвілі М. П. асистент Крейдер О. А. асистент Возвишаева Н. А.
Дубна, 2003 Зміст Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3 Вихідні дані ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4 Постановка завдання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 7 Теоретична основа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 8 Теорія ймовірностей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11 Математична статистика ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14 Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24 Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25 Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26 Введення У цій роботі буде проводитися дослідження числа лейкоцитів у крові людини від рівня радіації. Це дослідження буде проводитися на основі вихідних даних, за допомогою методу найменших квадратів, перевірки статистичних гіпотез а так само за допомогою різних геометричних побудов. На основі отриманих результатів буде зроблено висновок про існування залежності. Вихідні дані За Х прийнято рівень радіації, за Y - кількість лейкоцитів у крові людини. X | Y | 0,626667 | 4527,237 | 0,653333 | 5108,709 | 0,646667 | 5207,555 | 0,773333 | 5458,406 | 0,78 | 5507,011 | 0,74 | 5673,077 | 0,8 | 5728,142 | 0,853333 | 5812,477 | 0,866667 | 5965,568 | 0,96 | 6149,168 | 0,92 | 6255,463 | 0,9 | 6329,594 | 1,093333 | 6332,226 | 0,86 | 6337,099 | 0,82 | 6385,752 | 0,953333 | 6391,242 | 0,926667 | 6595,454 | 0,96 | 6738,951 | 0,946667 | 6838,889 | 0,786667 | 7091,043 | 0,993333 | 7097,944 | 0,986667 | 7253,375 | 1,093333 | 7318,543 | 1,02 | 7379,69 | 1,046667 | 7391,09 | 1,026667 | 7408,133 | 1,14 | 7467,515 | 1,086667 | 7515,751 | 1,093333 | 7574,012 | 1,04 | 7608,591 | 1,006667 | 7717,174 | 1,013333 | 7803,208 | 1,04 | 7881,098 | 1,206667 | 8250,378 | 1,12 | 8464,471 | 1,266667 | 8506,901 | 1,266667 | 8506,901 | 1,266667 | 8506,901 | 1,12 | 8525,006 | 1,053333 | 8539,606 | 1,306667 | 8639,868 | 1,353333 | 8804,893 | 1,206667 | 8873,718 | 1,333333 | 8960,734 | 1,4 | 8975,02 | 1,213333 | 9260,916 | 1,166667 | 9332,443 | 1,453333 | 9469,077 | 1,573333 | 9539,758 | 1,4 | 9683,772 | 1,306667 | 9694,652 | 1,493333 | 9978,551 | 1,5 | 10012,91 | 1,4 | 10035,87 | 1,473333 | 10137,97 | 1,513333 | 10150,81 | 1,513333 | 10150,81 | 1,44 | 10156,15 | 1,586667 | 10166,75 | 1,473333 | 10172,3 | 1,453333 | 10327,17 | 1,566667 | 10370,44 | 1,613333 | 10484,95 | 1,58 | 10546,77 | 1,553333 | 10639,61 | 1,72 | 10710,06 | 1,78 | 10894,36 | 1,54 | 10904,36 | 1,673333 | 11133,19 | 1,7 | 11426,35 | 1,66 | 11483,3 | 1,833333 | 11530,38 | 1,8 | 11636,61 | 1,72 | 11685,42 | 1,646667 | 11755,89 | 1,653333 | 11829,51 | 1,78 | 11888,4 | 1,84 | 12092,16 | 1,846667 | 12168,77 | 1,866667 | 12438,43 | 2,033333 | 12787,44 | 1,933333 | 13261,7 | 2,033333 | 13298,56 | 1,946667 | 13381,07 | 2,013333 | 13643,99 | 2,073333 | 13826,9 | 2,146667 | 14134,15 | 2,36 | 14770,7 | 2,26 | 14869,74 | 2,44 | 15085,68 | 2,286667 | 15170,25 | 2,533333 | 15448,3 | 2,52 | 15974,4 | 2,273333 | 16240,57 | 2,193333 | 16377,2 | 2,673333 | 16409,9 | 2,566667 | 16562,52 | 2,553333 | 17086,62 | 2,5 | 17102,3 | 2,673333 | 17181,38 |
Таблиця 1. Вихідні дані
Постановка завдання У даній роботі на підставі наявних даних провести статистичний аналіз генеральної сукупності заданих чисел. Виробляючи цей аналіз, використовувати різні числові функції, а також і графічні: діаграму і гістограми розсіювання, регресії. За кореляційної таблиці підрахувати деякі характерні величини. На підставі цього перевірити статистичні гіпотези, погодити вихідні дані з теорією. Теоретична основа З давніх часів людина удосконалював себе, як фізично, так і розумово, постійно створюючи й удосконалюючи знаряддя праці. Постійна нестача енергії змушувала людину шукати й знаходити нові джерела, впроваджувати їх, не піклуючись про майбутнє. У пориві за відкриттями наприкінці XIX ст. двома вченими: П'єром Кюрі і Марією Склодовської-Кюрі було відкрите явище радіоактивності. Саме це досягнення поставило існування всієї планети під загрозу. За 100 з гаком років людина наробив стільки дурниць, скільки не робив за все своє існування. Давно вже пройшла Холодна війна, ми вже пережили Чорнобиль і багато засекречених аварії на полігонах, однак проблема радіаційної загрози нікуди не пішла і до цього дня служить головною загрозою біосфері. Радіація відіграє величезну роль у розвитку цивілізації на даному історичному етапі. Завдяки явищу радіоактивності був зроблений істотний прорив в області медицини і в різних галузях промисловості, включаючи енергетику. Але одночасно з цим стали все виразніше виявлятися негативні сторони властивостей радіоактивних елементів: з'ясувалося, що вплив радіаційного випромінювання на організм може мати трагічні наслідки. Подібний факт не міг пройти повз увагу громадськості. І чим більше ставало відомо про дію радіації на людський організм і навколишнє середовище, тим суперечливіше ставали думки про те, наскільки велику роль повинна грати радіація в різних сферах людської діяльності. Вплив радіації на організм може бути різним, але майже завжди воно негативно. У малих дозах радіаційне випромінювання може стати каталізатором процесів, що призводять до раку або генетичних порушень, а у великих дозах часто приводить до повної або часткової загибелі організму внаслідок руйнування кліток тканин. Складність у відстеженні послідовності процесів, викликаних опроміненням, пояснюється тим, що наслідки опромінення, особливо при невеликих дозах, можуть проявитися не відразу, і найчастіше для розвитку хвороби вимагаються роки чи навіть десятиліття. Крім того, внаслідок різної проникаючої здатності різних видів радіоактивних випромінювань вони впливають на організм: -частинки найбільш небезпечні, однак для -випромінювання навіть аркуш паперу є непереборною перешкодою; -випромінювання здатне проходити в тканині організму на глибину один-два сантиметри ; найбільш необразливе -випромінювання характеризується найбільшою проникаючою здатністю: його може затримати лише товста плита з матеріалів, що мають високий коефіцієнт поглинання, наприклад, з бетону або свинцю. Також різниться чутливість окремих органів до радіоактивного випромінювання. Тому, щоб одержати найбільш достовірну інформацію про ступінь ризику, необхідно враховувати відповідні коефіцієнти чутливості тканин при розрахунку еквівалентної дози опромінення: 0,03 - кісткова тканина 0,03 - щитовидна залоза 0,12 - червоний кістковий мозок 0,12 - легкі 0,15 - молочна залоза 0,30 - інші тканини 1,00 - організм в цілому. Імовірність ушкодження тканин залежить від сумарної дози і від величини отриманої дози, тому що завдяки репараційним здібностям більшість органів мають можливість відновитися після серії дрібних доз. Якщо надходження радіоактивних речовин було однократним, то концентрація їх у крові спочатку зростає до максимуму, а потім протягом 15-20 доби знижується. При підвищенні рівня радіації підвищується рівень лейкоцитів у крові. Лейкоцити, або білі кров'яні тільця, - це безбарвні клітини, які містять ядра різноманітної форми. В 1 мм куб крові здорової людини міститься близько 6-8тис лейкоцитів. При розгляді в мікроскоп мазка забарвленої крові можна помітити, що лейкоцити мають різноманітну форму. Розрізняють дві групи лейкоцитів: зернисті і незерністие. У перших в цитоплазмі містяться дрібні зерна (гранули), окрашивающиеся різними барвниками в синій, червоний чи фіолетовий колір. У незерністие форм лейкоцитів таких зерен немає. Серед незерністие лейкоцитів розрізняють лімфоцити (круглі клітини з дуже темними, округлими ядрами) і моноцити (клітини більшої величини, з ядрами неправильної форми). Зернисті лейкоцити по-різному ставляться до різних фарбників. Якщо зерна цитоплазми краще фарбуються основними (лужними) фарбами, то такі форми називають базофілами, якщо кислими - еозинофілами (еозин - кислий барвник), а якщо цитоплазма забарвлюється нейтральними фарбами - нейтрофілами. Між окремими формами лейкоцитів існує певне співвідношення. Співвідношення різних форм лейкоцитів, виражене у відсотках, називають лейкоцитарної формулою. При деяких захворюваннях спостерігаються характерні зміни співвідношення окремих форм лейкоцитів. У разі глистової інвазії збільшується число еозинофілів, при запаленнях зростає число нейтрофілів, при туберкульозі часто відзначають збільшення кількості лімфоцитів. Часто лейкоцитарна формула змінюється протягом захворювання. У гострий період інфекційного захворювання, при важкому перебігу хвороби, еозинофіли можуть не виявитися в крові, а з початком одужання, ще до видимих ознак поліпшення стану хворого, вони виразно видно під мікроскопом. Кількість лейкоцитів у крові може змінюватися. Після прийому їжі, важкої м'язової роботи зміст цих клітин в крові збільшується. Особливо багато лейкоцитів з'являється в крові при запальних процесах. Лейкоцитарна формула також має свої вікові особливості: високий вміст лімфоцитів і мала кількість нейтрофілів у перші роки життя поступово вирівнюється, досягаючи до 5-6 років майже однакових величин. Після цього відсоток нейтрофілів неухильно зростає, а відсоток лімфоцитів знижується. Основна функція лейкоцитів - захист організму від мікроорганізмів, чужорідних білків, сторонніх тіл, що проникають у кров і тканини. Лейкоцити мають здатність самостійно рухатися, випускаючи ложноножки (псевдоподії). Вони можуть залишати кровоносні судини, проникаючи через судинну стінку, і пересуватися між клітинами різних тканин організму. При уповільненні руху крові лейкоцити прилипають до внутрішньої поверхні капілярів та у величезному кол-ве залишають судини, протискуючись між клітинами ендотелію капілярів. По дорозі свого проходження вони захоплюють і піддають внутрішньоклітинного перетравлювання мікробів і інші сторонні тіла. Лейкоцити активно проникають через неушкоджені судинні стінки, легко проходять через мембрани, переміщуються в сполучній тканині під дією різних хімічних речовин утворюються в тканинах. У кровоносних судинах лейкоцити пересуваються уздовж стінок. Іноді навіть проти течії крові. Швидкість руху не всіх клітин однакові. Найбільш швидко рухаються нейтрофіли - близько 30 мкм в 1 хв, лімфоцити і базофіли пересуваються повільніше. При захворюваннях швидкість руху лейкоцитів, як правило, зростає. Це пов'язано з тим, що проникли в організм хвороботворні мікроби в результаті життєдіяльності виділяють отруйні для людини речовини - токсини. Вони-то і викликають прискорений рух лейкоцитів.
Теорія ймовірностей - наука, що вивчає імовірнісні закономірності випадкових подій. Знання цих закономірностей дозволяє передбачити, як ці події будуть протікати. Знання та методи теорії ймовірностей використовуються в різних галузях природознавства і техніки. Числові характеристики випадкової величини Випадкова величина - це величина, яка в результаті випробування прийме одне і тільки одне можливе значення, заздалегідь невідоме і залежне від випадкових причин, які заздалегідь не можуть бути відомі. Випадкові величини поділяються на дискретні і безперервні. Дискретної випадкової величини називають випадкову величину, яка приймає окремі, ізольовані можливі значення з певними ймовірностями. Безперервної випадковою величиною називають випадкову величину, яка може приймати всі значення з деякого кінцевого або нескінченного проміжку. Законом розподілу дискретної випадкової величини називають відповідність між можливими значеннями та їх імовірностями. Законами розподілу неперервних випадкових величин називають щільності розподілів.
Математичне сподівання Випадкові величини мають числові характеристики, однією з яких є математичне сподівання. Математичним очікуванням дискретної випадкової величини називають суму творів усіх її можливих значень на їх вірогідність. Математичне сподівання приблизно дорівнює середньому значенню випадкової величини. Припустимо, що випадкова величина Х може приймати значення x 1, x 2, ..., x n, ймовірності яких відповідно рівні p 1, p 2, ..., p n. Тоді математичне сподівання М (X) випадкової величини X визначається рівністю M (X) = x 1 p 1 + x 2 p 2 + ... + x n p n.
Якщо дискретна випадкова величина Х приймає рахункове безліч можливих значень, то можна записати: Для даних, зазначених у цій роботі, математичне сподівання дорівнює (p n приймається рівним 0,01) M (X) = 1,467; M (Y) = +9979,058266. Моди. Медіани Мода випадкової величини (Mo) - це число з найбільшою ймовірністю. Медіана випадкової величини (Me) - це її середнє значення. Для даних, зазначених у цій роботі, моди і медіани рівні Mo (X) = 1,093333333; Mo (Y) = 8506,9011 7; Me (X) = 1,42; Me (Y) = 9689,211947.
Дисперсія Для визначення дисперсії необхідно ввести поняття відхилення випадкової величини від її математичного сподівання. Нехай X - Випадкова величина і М (Х)
- Її математичне сподівання. Розглянемо в якості нової випадкової величини різницю
Х - М (Х). Цю різницю і називають відхиленням, тобто різниця між випадковою величиною і її математичним очікуванням. При визначенні дисперсії використовується наступне властивість відхилення: y = px 2 + qx + r. Дисперсією випадкової величини Х називають математичне сподівання квадрата відхилення випадкової величини від її математичного сподівання: D (X) = M [X - M (X)] 2. Також дисперсію обчислюють за формулою: D (X) = M (X 2) - [M (X)] 2. Для даних, зазначених у цій роботі дисперсія дорівнює: D (X) = 0,279473288; D (Y) = 10499319,67. . Середнє квадратичне відхилення Для оцінки розсіяння можливих значень випадкової величини навколо її середнього значення крім дисперсії служать і інші характеристики, такі як середнє квадратичне відхилення. Середнім квадратичним відхиленням випадкової величини X називають квадратний корінь з дисперсії: Для даних, зазначених у цій роботі відхилення дорівнює: (X) = 0,528652332; (Y) = 3240,26537. Моменти Моменти служать для більш докладної характеристики випадкової величини. Вони діляться на початкові і центральні. Початкові моменти характеризують саму випадкову величину, а центральні - відхилення випадкової величини від М (Х). Початковий момент n-го порядку - математичне очікування від n-го ступеня випадкової величини; позначається: α n = M (X n). Центральний момент n-го порядку - математичне очікування величини (X - M (X)) n; позначається: μ n = M [(X - M (X)) n]. Зокрема, α 1 = M (X); μ 1 = 0; α 2 = M (X 2); μ 2 = D (X). Для даних, зазначених у цій роботі, початкові та центральні моменти 1-3 порядків рівні:
| X | Y | α 1 | 1,467 | 9979,058266 | α 2 | 2,428767556 | 109975930,4 | α 3 | 4,45698776 | 1,3234 E +12 |
|
|
| μ 1 | 0 | 0 | μ2 | 0,279473288 | 10499319,67 | μ3 | 0,082210874 | 18491004059 |
Математична статистика - це наука, яка займається отриманням, обробкою і аналізом даних, що характеризують кількісні закономірності життя суспільства в нерозривному зв'язку з їх якісним змістом. Статистика, у вузькому сенсі - це сукупність даних про будь-який процес або явище. Основним завданням математичної статистики є з'ясування імовірнісних властивостей сукупності: розподілу, числових характеристик і т. д. з застосуванням методів теорії ймовірності, що дозволяють оцінити надійність і точність висновків, зроблених на підставі обмеженого статистичного матеріалу (вибірки) Сукупність об'єктів, або сукупність значень якогось ознаки об'єктів, називається генеральною сукупністю. Зазвичай з генеральної сукупності роблять вибірку, тобто досліджують деякі її об'єкти. Вибірковою сукупністю або просто вибіркою називають сукупність випадково відібраних об'єктів. За допомогою вибірки оцінюють генеральну сукупність за ймовірним властивостями. Щоб оцінки були достовірними, вибірка має бути представницькою, тобто її імовірнісні властивості повинні збігатися або бути близькими до властивостей генеральної сукупності. Часто під генеральною сукупністю розуміють і досліджувану випадкову величину. Для дослідження випадкової величини при постійних умовах виконуються випробування. Сукупність отриманих значень також називається вибіркою і обробляється статистично. Методи статистичної обробки вибірки аналогічні в обох випадках. При дослідженні об'єктів можна фіксувати або вимірювати значення одного або кількох ознак, тобто мова може йти про одномірної або багатовимірної вибірках.
|