Статистический проект и консультация

Вайс А.А., Воробьева И.А.

 

 

ОСНОВЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ

В ПРОГРАММЕ «STATGRAPHICS»

 

лабораторный практикум по изучению курса

для студентов бакалавриата направлений 35.03.01 «Лесное дело» профиля подготовки «Лесовосстановление и лесопользование», «Лесовосстановление, лесоводство и лесоустройство», «Лесное хозяйство», 35.03.10 «Ландшафтная архитектура» профиля подготовки «Ландшафтное строительство», 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» профиля подготовки «Природоохранное обустройство территорий»; магистрантов направлений 35.04.01 «Лесное дело» профилей «Лесоуправление и лесоустройство», «Лесовосстановление, лесная пирология и защита леса»; 35.04.09 «Ландшафтная архитектура» профиля «Ландшафтное строительство» всех форм обучения

 

Красноярск, 2019

Вайс, А.А. Основы анализа данных в программе «STATGRAPHICS»: учебное пособие для студентов направлений 35.03.01 «Лесное дело» профиля подготовки «Лесовосстановление и лесопользование», «Лесовосстановление, лесоводство и лесоустройство», «Лесное хозяйство», 35.03.10 «Ландшафтная архитектура» профиля подготовки «Ландшафтное строительство», 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» профиля подготовки «Природоохранное обустройство территорий»;  магистрантов направлений 35.04.01 «Лесное дело» профилей «Лесоуправление и лесоустройство», «Лесовосстановление, лесная пирология и защита леса»; 35.04.09 «Ландшафтная архитектура» профиля «Ландшафтное строительство» всех форм обучения / А.А. Вайс, И.А. Воробьева. – Красноярск: СибГАУ, 2019. – 68 с.

 

 

Учебное пособие содержит пояснения и примеры обучению процедурам статистического и регрессионного анализа программы «STATGRAPHICS».

Поможет обучающимся в обработке учебного и научно-исследовательского материала на современном уровне. Позволит визуализировать и обобщить полученные результаты.

 

 

Рецензенты:

д-р с.-х. наук, проф. Г.С. Вараксин (Институт леса им. В.Н. Сукачева);

канд.биол.наук О.П. Ковылина (научно-методический совет СибГАУ).

 

© А.А. Вайс, 2019

© ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий» им. академика М.Ф. Решетнева

Содержание

 

Введение. 4

1 Пакет прикладных программ «STATGRAPHICS». 5

1.1 Общий вид программы.. 5

1.2 Работа с графикой. 7

1.3 Статистический проект и консультация. 9

1.4 Ввод данных, преобразование переменных. 10

1.5 Процедуры обработки данных. 13

2 Построение графиков. 16

2.1 Одномерные графики. 16

2.2 Двухмерные графики. 19

2.3 Трехмерные графики и множества связи. 20

3 Анализ числовых переменных. 22

3.1 Статистический анализ. 22

3.2 Группировка данных. 27

3.3 Корреляционный анализ. 28

4 Регрессионный анализ. 32

4.1 Парный регрессионный анализ. 32

4.2 Полиномиальная регрессия. 40

4.3 Множественная регрессия. 42

5 Сравнение данных и подбор распределений. 45

5.1 Сравнение выборочных совокупностей. 45

5.2 Соответствие нормальному распределению, критерий согласия. 46

5.3 Сравнение выборок в STATGRAPHICS. 50

Библиографический список. 53

Приложение А (обязательное) Исходные данные замеров диаметров деревьев сосны на пробных площадях в условиях Среднеобских боров. 54

Введение

 

В настоящее время на смену «ручной» обработки данных приходит автоматическая работа с информацией, которая в значительной мере позволяет ускорять процесс вычислений и больше внимания уделять непосредственно анализу.

Большое распространение получили пакеты прикладных программ, предназначенных  для статистической и графической обработки данных. К ним относятся ППП «STATGRAPHICS», «SPSS», «STATGRAPHICA», «Curve Expert», пакет анализа в «Excel». Все эти пакеты обладают различными инструментами и интерфейсами. Поэтому главным критерием отбора программ для обучения является простота интерфейса и возможности по первичному преобразованию переменных.

Из всех представленных программ оптимальными возможностями обладает программа «STATGRAPHICS». Единственным недостатком можно считать наличие только англоязычных версий.

Учебное пособие предназначено для бакалавров очной и заочной формы обучения, изучающих предметы «Математические методы в расчетах на ЭВМ», «Основы моделирования древостоев», «Математическое моделирование», а также для студентов, подготавливающих к защите выпускную квалификационную работу.

Успешное освоение учебного материала, изложенного в учебном пособии, способствует формированию у обучающихся следующей профессиональной компетенции:

ПК 1 – использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, экспериментального исследования.

Пакет прикладных программ «STATGRAPHICS»

Общий вид программы

 

Статистический графический пакет «STATGRAPHICS», разработанный американской программой Manugistics для IBM – совместимых компьютеров, по признанию многих авторитетных журналов является одной из наиболее эффективных систем статистического анализа данных [1]. Это  пособие разработано на основе книги В. Дюка «Обработка данных на ПК в примерах» [1].

STATGRAPHICS Plus for Windows включает более 250 статистических и системных процедур, которые имеют модульную структуры.

Каждой группе соответствует собственное меню. В базовой системе функционируют следующие процедуры (рисунок 1):

- меню Describle – содержит статистические методы анализа одной и множества переменных, процедуры подбора распределений, средства табуляции и кросс-табуляции данных;

- меню Compare – включает методы сравнения двух и более выборок данных, процедуры одно- и многофакторного дисперсионного анализа;

- меню Relate содержит процедуры простого, полиномиального и множественного регрессионного анализа.

Для расширения возможностей базовой системы используют специальное меню.

Меню Special содержит целый набор модулей различного назначения (этот набор процедур используется после освоения базовой системы программы):

 

 

Рисунок 1 – Окно программы «STATGRAPHICS»

 

- модуль «Контроль качества» – предназначен для оценки эффективности всех звеньев производственного процесса и формирования соответствующих контрольных карт;

- модуль «Планирование эксперимента» – помогает сформулировать критерий оптимальности плана эксперимента, организации сбора и обработки информации;

- модуль «Анализ временных рядов» содержит описательные методы, процедуры сглаживания рядов, сезонной декомпозиции и прогнозирования;

- модуль «Многомерные методы» предназначен для изучения и раскрытия взаимоотношений множества факторов (переменных). Это кластерный анализ, метод главных компонент, факторный анализ, дискриминантный анализ, канонический анализ, корреляционный анализ;

- модуль расширенного регрессионного анализа помимо базисных процедур регрессионного анализа, включает различные калибровочные модели, процедуры сравнения линий регрессий, отбора моделей, нелинейную множественную регрессию, ридж-регрессию и логистическую регрессию.

 

Работа с графикой

 

Представлена в программе в виде пиктограмм (ярлыков) и меню работы с графикой (Plot) (рисунок 2).

Меню графического отображения данных представлено следующими опциями:

Диаграммы рассеивания.

- Диаграммы рассеивания (одномерные Х-Y): линии, диаграммы рассеивания, оцифрованная диаграмма, связанные диаграммы рассеивания, графики с наборами стандартных ошибок X-Y-Z, диаграммы рассеивания X-Y-Z, чертежный график, переплетенные графики.

- Диаграммы рассеивания (множественные X-Y): точки сети линии.

- Диаграммы рассеивания (множественные X-Y-Z).

Разведочные графики.

- Графики «линии с усами»: горизонтальный и вертикальный; усеченный, с внешними обозначениями; с маркерами средних.

 

Рисунок 2 – Меню процедур графики (Plot)

 

- Графики вероятностей.

- Частотные гистограммы: относительные и кумулятивные, гистограмма или полигон.

Деловые карты.

- Диаграммы: горизонтальные и вертикальные, множественные, кластерные, процентные.

- Круговые диаграммы: с вырезанными частями, с надписями.

Каждая статистическая процедура в STATGRAPHICS сопровождается интегрированной в систему графикой. Щелкнув мышью на специальной пиктограмме, мы получаем меню, в котором представляется выбор графических отображений, релевантных используемой процедуре. Все элементы графических отображений (масштабы, метки, цвета, надписи и пр.) могут быть подвергнуты коррекции и преобразованию. Для этого нужно выбрать требуемый элемент, щелкнув на нем левой кнопкой мыши, и затем щелкнуть правой кнопкой. Тогда на экране появится окно диалога, в которое вносятся необходимые изменения (рисунок 3).

 

Статистический проект и консультация

 

Для сохранения результатов работы и создания собственных алгоритмов обработки информации применяют статистические проекты.

Статистический проект – это последовательность действий (выбранные методы, параметры статистических процедур, виды графических отображений результатов анализа, табличные формы, комментарии и т.п.) для получения полного результата в виде файла StatFolio. В случае потребности в обработке следующего набора данных по разработанной схеме анализа необходимо просто загрузить новый файл данных. Результаты выдаются автоматически. StatFolio отображает технологическую цепочку анализа данных в виде набора пиктограмм (рисунок 3).

В STATGRAPHICS существует специальное средство Статиконсультант (Stat Advisor). С помощью этой процедуры проводится интерпретация результатов, определяют значимые эффекты и выявляют изъяны в проведенном анализе. Чтобы получить доступ к консультанту, необходимо щелкнуть мышью на графическом или табличном окне программы и затем на пиктограмме Stat Advisor.

 

 

Рисунок 3 – Графические опции программы (правая клавиша мыши)

 

С помощью специальной процедуры Stat Gallery можно комбинировать текст и графику для формирования отчета. В одном окне можно располагать до 9 фрагментов текста и графических иллюстраций.