A6M33SSL: Statistika a spolehlivost v lékařství Teorie spolehlivosti

Podobné dokumenty
Statistika a spolehlivost v lékařství Markovovy modely

A6M33SSL: Statistika a spolehlivost v lékařství Teorie spolehlivosti Přednáška 2

A6M33SSL: Statistika a spolehlivost v lékařství Teorie spolehlivosti

Statistika a spolehlivost v lékařství Charakteristiky spolehlivosti prvků I

Testování a spolehlivost. 4. Laboratoř Spolehlivostní modely 1

Modelování a simulace Lukáš Otte

intenzitu příchodů zákazníků za čas t intenzitu obsluhy (průměrný počet obsloužených) za čas t

Spolehlivost. INP 2008 FIT VUT v Brně

4. Aplikace matematiky v ekonomii

Markovovy řetězce se spojitým časem CTMC (Continuous time Markov Chain)

Stochastické modely Informace k závěrečné zkoušce

SIMULACE SPOLEHLIVOSTI SYSTÉMŮ HROMADNÉ OBSLUHY. Michal Dorda. VŠB - TU Ostrava, Fakulta strojní, Institut dopravy

Bayesovské metody. Mnohorozměrná analýza dat

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2017

Někdy lze výsledek pokusu popsat jediným číslem, které označíme X (nebo jiným velkým písmenem). Hodíme dvěma kostkami jaký padl součet?

Disková pole (RAID) 1

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 4

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2014

Prostorové konstrukce. neznámé parametry: u, v w. (prvky se středostranovými uzly)

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 9

Statistika pro informatiku (MI-SPI) Cvičení č. 6

ROVNICE NA ČASOVÝCH ŠKÁLÁCH A NÁHODNÉ PROCESY. Michal Friesl

Statistika II. Jiří Neubauer

Definice spojité náhodné veličiny zjednodušená verze

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

A B = A A B P A B C = P A P B P C = =

Základy teorie pravděpodobnosti

Teorie informace: řešené příklady 2014 Tomáš Kroupa

Pearsonůvχ 2 test dobré shody. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

13. cvičení z PSI ledna 2017

14. cvičení z PSI. 9. ledna Pro každý stav platí, že všechny hrany z něj vycházející mají stejnou pravděpodobnost.

DIPLOMOVÁ PRÁCE Nelineární řízení magnetického ložiska

Značení 1.1 (posloupnost výsledků pokusu). Mějme posloupnost opakovaných (i závislých) pokusů,

Úvod do kvantového počítání

Markovské metody pro modelování pravděpodobnosti

Nosné desky. 1. Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (h/l < 1/10) 3. Mindlinova teorie pro tlusté desky (h/l < 1/5)

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2016

MKI Funkce f(z) má singularitu v bodě 0. a) Stanovte oblast, ve které konverguje hlavní část Laurentova rozvoje funkce f(z) v bodě 0.

Analytické pravděpodobnostní modely, Markovské procesy

Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium. Jan Kracík

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Odhady Parametrů Lineární Regrese

10. cvičení z PST. 5. prosince T = (n 1) S2 X. (n 1) s2 x σ 2 q χ 2 (n 1) (1 α 2 ). q χ 2 (n 1) 2. 2 x. (n 1) s. x = 1 6. x i = 457.

U Úvod do modelování a simulace systémů

Apriorní rozdělení. Jan Kracík.

Pravděpodobnost a statistika (BI-PST) Cvičení č. 7

Stochastické procesy - pokračování

1 Modelování systémů 2. řádu

správně - A, jeden celý příklad správně - B, jinak - C. Pro postup k ústní části zkoušky je potřeba dosáhnout stupně A nebo B.

KGG/STG Statistika pro geografy

Petr Chvosta. vlevo, bude pravděpodobnost toho, že se tyč na počátku intervalu τ B nachází nad vpravo

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diferenciální rovnice. študenti MFF 15. augusta 2008

AVDAT Náhodný vektor, mnohorozměrné rozdělení

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Disková pole (RAID) 1

PA152: Efektivní využívání DB 2. Datová úložiště. Vlastislav Dohnal

Matematika 4 FSV UK, LS Miroslav Zelený

otázka body

K velkým datům přes matice a grafy

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

Nelineární optimalizace a numerické metody (MI NON)

a počtem sloupců druhé matice. Spočítejme součin A.B. Označme matici A.B = M, pro její prvky platí:

CVIČENÍ 4 Doc.Ing.Kateřina Hyniová, CSc. Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze 4.

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

Matematické přístupy k pojištění automobilů. Silvie Kafková září 2013, Podlesí

Výběrové charakteristiky a jejich rozdělení

Budeme hledat řešení y(x) okrajové úlohy pro diferenciální rovnici druhého řádu v samoadjungovaném tvaru na intervalu a, b : 2 ) y i p i+ 1

Matematika 2 LS 2012/13. Prezentace vznikla na základě učebního textu, jehož autorem je doc. RNDr. Mirko Rokyta, CSc. J. Stebel Matematika 2

Vzpěr jednoduchého rámu, diferenciální operátory. Lenka Dohnalová

Výpočty spolehlivost chodu sítí

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Náhodná veličina a její charakteristiky. Před provedením pokusu jeho výsledek a tedy ani sledovanou hodnotu neznáte. Proto je proměnná, která

NÁHODNÁ VELIČINA. 3. cvičení

CITLIVOSTNÍ ANALÝZA DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ I

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2016

14. cvičení z PSI. 9. ledna 2018

Stavební fakulta Katedra mechaniky. Jaroslav Kruis, Petr Štemberk

Odhad stavu matematického modelu křižovatek

Národní informační středisko pro podporu kvality

Řízení jakosti a spolehlivosti. ŘÍZENÍ SPOLEHLIVOSTI - IV Pavel Fuchs David Vališ Josef Chudoba Jan Kamenický Jaroslav Zajíček

časovém horizontu na rozdíl od experimentu lépe odhalit chybné poznání reality.

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2014

12. cvičení z PSI prosince (Test střední hodnoty dvou normálních rozdělení se stejným neznámým rozptylem)

Kendallova klasifikace

a způsoby jejího popisu Ing. Michael Rost, Ph.D.

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Matematika 1. 1 Derivace. 2 Vlastnosti a použití. 3. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 16

Kapitola 12: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

Parciální diferenciální rovnice

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

3. Vícevrstvé dopředné sítě

Transkript:

A6M33SSL: Statistika a spolehlivost v lékařství Teorie spolehlivosti Vojta Vonásek vonasek@labe.felk.cvut.cz České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra kybernetiky

Markovovy modely motivace Robot se pohybuje po dvou pásech, každý pás řídí jeden motor. Řídicí jednotka se občas porouchá (střední doba mezi poruchami je hodin). Lze ji opravit resetem, což trvá průměrně T s = min. Jaká je pravděpodobnost, že jsou oba pásy funkční? Jaká je pravděpodobnost, že ani jeden nefunguje? Databázový server ukládá data na 4 discích zapojených do RAID 3. MTBF disků je 6 hodin a obnova dat při připojení nového disku trvá průměrně 2 hod. Jaká je pravděpodobnost, že dojde ke ztrátě dat? Jaká je pravděpodobnost, že dojde ke ztrátě dat, pokud výměna disku trvá obsluze průměrně hod?

Markovovy modely rozdělení Prvek má n stavů, X(t) je stav v čase t Stav X(t) je náhodná proměnná Pravděpodobnost stavu i je P i (t) = P [(X(t) = i] Markovovská podmínka: P [X(t) = A n X(t n ) = A n, X(t n 2 ) = A n 2,..., X(t ) = A ] = P [X(t) = A n X(t n = A n )] Markovův model je definován A.6.3. C B.3 Stavy Množinou pravděpodobností přechodu mezi stavy λ t Markovův řetězec: Diskrétní stavy, Diskrétní čas Markovův proces: Diskrétní stavy, Spojitý čas A λ 2 t α t C B µ t

Markovovy procesy Prvek se dvěma stavy (funkční/nefunkční) Intenzita poruch λ je konstatní Prvek se neopravuje λ t λ t A B Stav "A" prvek je funkční Stav "B" prvek je rozbitý P A (t) pravděpodobnost, že je prvek ve stavu "A" λ t pravděpodobnost přechodu z "A"do "B" V čase je systém ve stavu "A"

Markovův model Stav "A" prvek je funkční Stav "B" prvek je rozbitý P A (t) pravděpodobnost, že je prvek ve stavu "A" λ t pravděpodobnost přechodu z "A"do "B" Předpokládejme, že je prvek ve stavu "A": S pravděpodobností λ t se stav změní na "B" S pravděpodobností λ t se stav nezmění Předpokládejme, že je prvek ve stavu "B": S pravděpodobností zůstane v tomto stavu. λ t A λ t B

Markovův model Stav "A" prvek je funkční Stav "B" prvek je rozbitý P A (t) pravděpodobnost, že je prvek ve stavu "A" λ t pravděpodobnost přechodu z "A"do "B" λ t A λ t B Pravěpodobnost, že v čase t + t budeme ve stavu "A"a "B": P A (t + t) = ( λ t)p A (t) P B (t + t) = λ tp A (t) + P B (t)

Markovův model λ t λ t A B P A (t + t) = ( λ t)p A (t) P B (t + t) = λ tp A (t) + P B (t) Maticový zápis: [ ] PA (t + t) P B (t + t) [ ] PA (t + t) P B (t + t) [ λ t = λ t [ ] PA (t) = P P B (t) ] [ PA (t) P B (t) ] Matice P je matice pravděpodobností.

Odvození matice intenzit λ t λ t A B P A (t + t) = ( λ t)p A (t) P B (t + t) = λ tp A (t) + P B (t) Limita t : P A (t) = λp A (t) P B (t) = λp A (t)

Odvození matice intenzit λ t λ t A B Rovnice upravíme: Limita t : P A (t + t) = ( λ t)p A (t) P B (t + t) = λ tp A (t) + P B (t) P A (t + t) P A (t) t P B (t + t) P B (t) t = λp A (t) = λp A (t) P A (t) = λp A (t) P B (t) = λp A (t)

Odvození matice intenzit λ t λ t A B P A (t) = λp A (t) P B (t) = λp A (t) Maticový zápis: [ ] P A (t) P B (t) [ ] P A (t) P B (t) = [ λ λ = P [ PA (t) P B (t) ] [ PA (t) P B (t) ] ] Matice P je matice intenzit.

Markovův model Vývoj systému je popsán maticí pravděpodobností P [ ] [ ] [ ] PA (t + t) λ t PA (t) = P B (t + t) λ t P B (t) λ t A λ t nebo maticí intenzit P : [ ] [ P A (t) λ P = B (t) λ Počáteční podmínky: P A () =, P B () = Předpoklady: ] [ PA (t) P B (t) Nemůže nastat více jak jeden přechod najednou Pozn.: hromadná oprava/sloučení akcí je možné Stav "B"je tzv. absorbční stav. ] B

Markovův model Obecné řešení: P (t) = n c i x i e v it i= P (t) je vektor pravděpodobností stavů c i R je konstanta v i je vlastní číslo matice intenzit P x i je vlastní vektor matice P příslušející vlastnímu číslu v i

Systém s opravou Porucha nastává s intenzitou λ K opravě dojde s intenzitou µ Zápis s maticí pravděpodobností: [ ] [ PA (t + t) λ t µ t = P B (t + t) λ t µ t Zápis s maticí intenzit [ P A (t) P B (t) Poznámka: ] = [ λ µ λ µ ] [ PA (t) P B (t) λ t A λ t µ t ] [ PA (t) P B (t) ] ] B µ t µ = MTTR λ = MTBF

Systém s opravou Porucha nastává s intenzitou λ K opravě dojde s intenzitou µ [ ] [ P A (t) λ µ P = B (t) λ µ ] [ PA (t) P B (t) λ t ] A λ t µ t B µ t Vlastní čísla matice intenzit: v = (λ + µ), v 2 = Vlastní vektory: x = [, ] T, x 2 = [, λ µ ]T P (t) = c [ ] e (λ+µ)t + c 2 [ λ µ ] e t P A (t) = c e (λ+µ)t + c 2 P B (t) = c e (λ+µ)t + c 2 λ µ

Systém s opravou λ t λ t µ t P A (t) = c e (λ+µ)t + c 2 P B (t) = c e (λ+µ)t λ + c 2 µ Počáteční podmínky: P A () =, P B () =. A µ t B P A (t) = µ λ + µ + λ λ + µ e (λ+µ)t P B (t) = λ λ + µ λ λ + µ e (λ+µ)t Součinitel pohotovosti: lim t P A(t) = lim P B(t) = t µ λ + µ λ λ + µ P A = µ λ + µ = MTTF MTTR + MTTF

Systém s opravou λ t λ t µ t P A (t) = c e (λ+µ)t + c 2 P B (t) = c e (λ+µ)t λ + c 2 µ Počáteční podmínky: P A () =, P B () =. A µ t B P A (t) = P B (t) = µ λ + µ + λ λ + µ λ λ + µ e (λ+µ)t λ λ + µ e (λ+µ)t.8.6.4.2 P A (t) P B (t) Graf pro: λ =.2, µ =.4 5 5 2 25 3 35 4 time

Příklad paralelní obvod a b

Příklad paralelní obvod 2 a b a b λa t λ b t 3 b a λ b t λa t 4

Příklad paralelní obvod a b P (t) P 2 (t) P 3 (t) P 4 (t) = a b λa t λ b t λ a λ b λ a λ b λ b λ a λ b λ a 2 3 b a λ b t λa t 4 P (t) P 2 (t) P 3 (t) P 4 (t)

Příklad paralelní obvod P (t) P 2 (t) P 3 (t) P 4 (t) = Vlastní čísla a vektory: λ a λ b λ a λ b λ b λ a λ b λ a P (t) P 2 (t) P 3 (t) P 4 (t) x = (λ a + λ b ) x 2 = λ b x 3 = λ a x 4 = v = v 2 = v 3 = v 4 = Řešení soustavy: P (t) P 2 (t) P 3 (t) =c P 4 (t) e (λa+λ b)t +c 2 e λ bt +c 3 e λat +c 4 et

Příklad paralelní obvod Řešení soustavy: P (t) P 2 (t) P 3 (t) =c P 4 (t) e (λa+λ b)t +c 2 e λ bt +c 3 e λat +c 4 Konstanty c =, c 2 =, c 3 = a c 4 = určíme z počátečních podmínek. et P (t) = e (λa+λ b)t P 2 (t) = e (λa+λb)t + e λ bt P 3 (t) = e (λa+λb)t + e λat P 4 (t) = + e (λa+λb)t e λat e λ bt Pravděpodobnost, že systém funguje je R(t) = P (t) + P 2 (t) + P 3 (t) R(t) = e λat + e λbt e (λa+λ b)t

Slučování stavů Počet stavů rychle roste (k n ), pro n k stavových prvků Výpočet Mark. modelů vede na výpočet matic n n Časově náročné Pro zjednodušení lze některé stavy sloučit Stavy lze sloučit pokud Jejich výstupní hrany vedou do stejných uzlů se stejnými cenami Vstupní intenzity mohou být různé Pro nový stav platí: Vstupní pravděpodobnost je součet vstupních pravděpodobností sloučených stavů Výstupní pravděpodobností je výstupní pravděpodobností sloučených stavů

Slučování stavů příklad Dva dvou-stavové prvky, intenzita poruchy každého je λ. λ t λ t 2λ t λ t λ t λ t λ t Stavy a lze sloučit

Slučování stavů příklad Dva dvou-stavové prvky, intenzita poruchy každého je λ. λ t λ t λ t 2λ t λ t λ t λ t λ t λ t 2λ t λ t λ t λ t λ t Stavy a lze sloučit

Slučování stavů příklad Dva dvou-stavové prvky, intenzita poruchy každého je λ. λ t λ t λ t 2λ t λ t λ t λ t λ t λ t 2λ t λ t λ t λ t λ t Stavy a lze sloučit Výsledný model: 2λ t 2λ t λ t λ t

Příklad RAID 3 Databázový server ukládá data na 4 discích zapojených do RAID 3. MTBF disků je 6 hodin a obnova dat při připojení nového disku trvá průměrně 2 hod. Jaká je pravděpodobnost, že dojde ke ztrátě dat, pokud výměna disku trvá obsluze průměrně hod? 4λ t 3λ t 4 3 2 µ t P = 4λ µ 4λ 3λ µ 3λ Jaké předpoklady musí platit, aby šel tento model použít?

Příklad RAID 3 Data se rozdělují na dva disky + paritu Při výpadku jednoho disku řadič může dopočítat chybějící data Při výpadku více než jednoho disku jsou data ztracena MTBF disků známo. Jak rychle se musejí kopírovat data? data controller HDD HDD2 HDD3 parita λ λ λ

Příklad RAID 3 Data se rozdělují na dva disky + paritu Při výpadku jednoho disku řadič může dopočítat chybějící data Při výpadku více než jednoho disku jsou data ztracena MTBF disků známo. Jak rychle se musejí kopírovat data? data controller HDD HDD2 HDD3 parita λ λ λ P = 3λ µ 3λ µ 2λ 2λ

Příklad RAID 3 Řešení: [ ] m x =, 2 + l m + l 2 + m l m, 2 + l m + l 2 m l 2 m 2 m [ ] m x 2 =, 2 + l m + l 2 m + l m, 2 + l m + l 2 + m + l 2 m 2 m x 3 = [,, ] v = m 2 + l m + l 2 + m + 5 l m v 2 = 2 + l m + l 2 m 5 l 2 v 3 = 2

Příklad RAID 3.8 p(x) p2(x) p3(x) kontrola ok stav.6.4.2 2 3 4 5 6 m=., l=.

Příklad RAID 3.8 p(x) p2(x) p3(x) kontrola ok stav.6.4.2 2 3 4 5 6 m=.5, l=.