Pracovní text a úkoly ke cvičením MF002

Podobné dokumenty
Základní popisné statistiky a grafy

Základní popisné statistiky a grafy

Příklady k druhému testu - Matlab

Kreslení grafů v Matlabu

Cvičení z NSTP

Ústav matematiky Fakulta chemicko inženýrská Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

y = 0, ,19716x.

Operace s vektory a maticemi + Funkce

STP097 STATISTIKA CVIČENÍ EMPIRICKÁ DISTRIBUČNÍ FUNKCE, JEDNOVÝBĚROVÉ TESTY

Zadání Máme data hdp.wf1, která najdete zde: Bodová předpověď: Intervalová předpověď:

Cvičení 3. Posudek únosnosti ohýbaného prutu. Software FREET Simulace metodou Monte Carlo Simulace metodou LHS

Analýza dat na PC I.

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

Odhady parametrů základního souboru. Cvičení 6 Statistické metody a zpracování dat 1 (podzim 2016) Brno, říjen listopad 2016 Ambrožová Klára

Jednovýběrové testy: t-test, Kolmogorovův-Smirnovův test

Bayesovské metody. Mnohorozměrná analýza dat

Nejčastější chyby v explorační analýze

M praktikum : M0130pr03

Simulace. Simulace dat. Parametry

Opravená data Úloha (A) + (E) Úloha (C) Úloha (B) Úloha (D) Lineární regrese

11MAMY LS 2017/2018. Úvod do Matlabu. 21. února Skupina 01. reseni2.m a tak dále + M souborem zadané funkce z příkladu 3 + souborem skupina.

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 4. téma

Cvičení 9. Posudek únosnosti ohýbaného prutu metodou LHS v programu FREET. Software FREET Simulace metodou LHS

Intervalové odhady. Interval spolehlivosti pro střední hodnotu v N(µ, σ 2 ) Interpretace intervalu spolehlivosti. Interval spolehlivosti ilustrace

Příklady k prvnímu testu - Matlab

Metoda Monte Carlo a její aplikace v problematice oceňování technologií. Manuál k programu

Intervalové odhady. Interval spolehlivosti pro střední hodnotu v N(µ, σ 2 ) Interpretace intervalu spolehlivosti. Interval spolehlivosti ilustrace

Zada ní 1. Semina rní pra ce z pr edme tu Matematický software (KI/MSW)

Základy počtu pravděpodobnosti a metod matematické statistiky

UNIVERZITA OBRANY Fakulta ekonomiky a managementu. Aplikace STAT1. Výsledek řešení projektu PRO HORR2011 a PRO GRAM

Jednovýběrové testy: t-test, Kolmogorovův-Smirnovův test

pracovní list studenta

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 4. téma

Pomůcka pro cvičení: 3. semestr Bc studia

4EK211 Základy ekonometrie

P íklady k druhému testu - Matlab

4EK211 Základy ekonometrie

Stochastické signály (opáčko)

VYUŽITÍ PRAVDĚPODOBNOSTNÍ METODY MONTE CARLO V SOUDNÍM INŽENÝRSTVÍ

BPC2E_C08 Parametrické 3D grafy v Matlabu

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky. bakalářské studium. studijní obor "Management jakosti"

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky. bakalářské studium. studijní obor "Management jakosti"

2 Zpracování naměřených dat. 2.1 Gaussův zákon chyb. 2.2 Náhodná veličina a její rozdělení

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Stručný návod k programu Octave

Matematická statistika Zimní semestr Testy o proporci

Národníinformačnístředisko pro podporu jakosti

oblasti je znázorněn na obr Komplexní obálku můžeme rozepsat na její reálnou a

Zápočtová práce STATISTIKA I

Základní vlastnosti křivek

Kontingenční tabulky a testy shody

ÚKOL ,77 5,00 5 2,531,003,056 -,869,113

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc. dohnal@nipax.cz

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky. bakalářské studium. studijní obor "Management jakosti"

NÁHODNÁ ČÍSLA. F(x) = 1 pro x 1. Náhodná čísla lze generovat některým z následujících generátorů náhodných čísel:

Testy o proporci a testy v multinomickém rozdělení

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

Software pro modelování chování systému tlakové kanalizační sítě Popis metodiky a ukázka aplikace

Příklad: Řešte soustavu lineárních algebraických rovnic 10x 1 + 5x 2 +70x 3 + 5x 4 + 5x 5 = 275 2x 1 + 7x 2 + 6x 3 + 9x 4 + 6x 5 = 100 8x 1 + 9x 2 +

Datový soubor X1 1, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 12.5, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24

X37SGS Signály a systémy

Náhodné (statistické) chyby přímých měření

Grafické výstupy v Octave/Matlabu a GnuPlotu

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

Testy nezávislosti kardinálních veličin

% vyhledání prvku s max. velikostí v jednotlivých sloupcích matice X

Stochastické diferenciální rovnice

POPISNÁ STATISTIKA Komentované řešení pomocí programu Statistica

Generování dat. Generování pomocí funkcí

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

M cvičení : GLM04b (Vztah mezi Poissonovým a

Úvod do Matlabu. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. 1 / 24 Úvod do Matlabu

Náhodné chyby přímých měření

Pokud data zadáme přes "Commands" okno: SDF1$X1<-c(1:15) //vytvoření řady čísel od 1 do 15 SDF1$Y1<-c(1.5,3,4.5,5,6,8,9,11,13,14,15,16,18.

Programování v jazyce C pro chemiky (C2160) 3. Příkaz switch, příkaz cyklu for, operátory ++ a --, pole

LINEÁRNÍ REGRESE Komentované řešení pomocí programu Statistica

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Z PŘEDMĚTU MODELOVÁNÍ MATLABEM

4EK211 Základy ekonometrie

Kapitola 12: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

pi Ludolfovo číslo π = 3,14159 e Eulerovo číslo e = 2,71828 (lze spočítat jako exp(1)), např. je v Octave, v MATLABu tato konstanta e není

Využití software ITEMAN k položkové analýze a analýze výsledků testů

Aplikovaná statistika v R

Simulace systému hromadné obsluhy Nejčastější chyby v semestrálních pracích

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

Statistika, Biostatistika pro kombinované studium Letní semestr 2011/2012. Tutoriál č. 4: Exploratorní analýza. Jan Kracík

POČÍTAČE A PROGRAMOVÁNÍ

Hough & Radon transform - cvičení

Bodové odhady parametrů a výstupů

Lineární regrese. Komentované řešení pomocí MS Excel

STANOVENÍ SPOLEHLIVOSTI GEOTECHNICKÝCH KONSTRUKCÍ. J. Pruška, T. Parák

StatSoft Jak se pozná normalita pomocí grafů?

Regresní a korelační analýza

8 Střední hodnota a rozptyl

Aplikovaná statistika v R - cvičení 2

1 Jasové transformace

4. Na obrázku je rozdělovací funkce (hustota pravděpodobnosti) náhodné veličiny X. Jakou hodnotu musí mít parametr k?

Transkript:

Pracovní text a úkoly ke cvičením MF002 Ondřej Pokora, PřF MU, Brno 11. března 2013 1 Brownův pohyb (Wienerův proces) Základním stavebním kamenem simulací náhodných procesů popsaných pomocí stochastických diferenciálních rovnic je generování trajektorií Brownova pohybu (Wienerova procesu) W t = W(ω, t). Definice říká, že počáteční hodnotou je W 0 = 0, ale s jakoukoliv jinou známou hodnotou se pracuje podobně. Přírůstky Brownova pohybu za časové intervaly délky t jsou náhodné veličiny W N(0, t), a pro disjunktní časové intervaly jsou tyto přírůstky stochasticky nezávislé. Vlastní simulace trajektorie Brownova pohybu spočívá v dělení požadovaného časového intervalu [0, T] na velmi krátké podintervaly délek t. V těchto jemně zvolených časech postupně (s rostoucím časem) počítáme hodnotu Brownova pohybu tak, že k hodnotě v bezprostředně předchozím známém čase připočítáváme realizaci náhodného přírůstku W. Pro hodnotu W(ω, t t) tedy platí: W(ω, t t) = W(ω, t) W, přičemž W = t U, kde U je realizace náhodné veličiny s rozdělením N(0, 1). Projděte si následující skript, který W t generuje pomocí for-cyklu: W0 <- 0 dt <- 0. 001 Wt <- W0 W <- W0 t <- seq (0, 1, by=dt) for (k in 1:1000) { dw <- sqrt ( dt) * rnorm (1) Wt <- Wt dw W <- append (W, Wt) } plot (t, W, type ="l", col =" red ", xlab ="t", ylab ="W") abline ( h = W0, lty = 2) Výše uvedený postup se v moderních matematických programech (R, Matlab) provádějících vektorové (maticové) operace nepoužívá. Místo toho se jen jedním průchodem generuje celý náhodný výběr (vektor) přírůstků (vizte nezávislost z definice W t ), který se kumulativně přičítá (funkcí cumsum) k výchozí hodnotě W 0 : W0 <- 0 dt <- 0. 001 W <- W0 t <- seq (0, 1, by=dt) dw <- rnorm ( length (t) - 1) * sqrt (dt) W <- cumsum (c (W0, dw )) plot (t, W, type ="l", col =" red ", xlab ="t", ylab ="W") abline ( h = W0, lty = 2) 1

W 0.4 0.0 0.4 0.8 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 t Dva řádky skriptu generující W t je vhodné si uložit jako vlastní funkci. Následně totiž můžete jen změnou parametrů této funkce snadno generovat trajektorii: generuj.wp <- function (t, dt, W0) { dw <- rnorm ( length (t) - 1) * sqrt (dt) W <- cumsum (c (W0, dw )) } W <- generuj.wp (t, dt, W0) plot (t, W, type ="l", col =" red ", xlab ="t", ylab ="W") abline ( h = W0, lty = 2) Síla funkce se ukáže především, chceme-li vygenerovat více trajektorií: M <- sapply (1:10, function ( k) { generuj.wp (t, dt, W0) }) matplot (t, M, type = "l", lty = 1, xlab = "t", ylab = "W", main =" trajektorie W") abline ( h = W0, lty = 2) 2

trajektorie W W 1 0 1 2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 t Pouhou změnou rozsahu prvního parametru funkce sapply lze měnit počet trajektorií. Výsledné vektory hodnot pro jednotlivé trajektorie se přitom skládají vedle sebe, takže výsledná proměnná je matice, v níž každý sloupec přísluší jedné trajektorii a každý řádek odpovídá jednomu času pozorování. Vyzkoušejte si vygenerovat 1000 (nebo 10000) trajektorií W t. Vykreslete je do grafu, seznamte se s parametry příkazů plot a matplot pro rozsahy a popisy souřadnicových os, a pro volbu stylu, tloušt ky, symbolu a barvy čar zobrazených dat. Měli byste dostat podobný graf: 3

Dále budeme zkoumat rozdělení pravděpodobnosti realizací W t pro jeden konkrétní čas t = 0.6. Nejprve potřebujeme zjistit, který řádek tomuto času odpovídá. index <- which ( t ==0. 6) vyber <- M[ index,] Vybrali jsme z matice trajektorií jen jeden řádek odpovídající požadovanému času t = 0.6, který je z pohledu statistiky náhodným výběrem. Následující příkazy shrnují nejčastěji používané nástroje pro ověřování rozdělení pravděpodobnosti: histogram, QQ-plot, empirickou distribuční funkci (ecdf) a Kolmogorovův-Smirnovův test. Pomocí nápovědy prozkoumejte použití příkazů a především interpretaci výsledků. hist ( vyber, breaks = 50, freq = FALSE ) qqnorm ( vyber, pch = "") qqline ( vyber, col = " blue ") library ( Hmisc ) Ecdf ( vyber ) x <- seq (-2, 2, by =0.1) y <- pnorm (x, mean = 0, sd= sqrt (0.6)) lines (x, y, col = " red ") ks. test ( vyber, pnorm, mean = 0, sd= sqrt (0.6)) ks. test ( vyber, pnorm, mean = 1, sd= sqrt (0.6)) ks. test ( vyber, pnorm, mean = 0, sd =1) Měli byste dostat podobné grafy: Histogram of vyber Density 0.0 0.2 0.4 0.6 2 1 0 1 2 vyber 4

3 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 Normal Q Q Plot Theoretical Quantiles Sample Quantiles 2 1 0 1 2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 vyber Proportion <= x n:1000 m:0 1.1 Úkoly Generujte 10, 100, 1000, 10000 trajektorií W t a vykreslete je do grafu příkazem matplot. K matici realizací Wienerova procesu spočítejte střední hodnotu a směrodatnou odchylku pro každý čas (tedy pro každý řádek matice). K tomu se bude hodit funkce apply pro aplikaci na každý řádek či sloupec matice, a funkce mean pro střední hodnotu a sd pro směrodatnou odchylku. Do obrázku trajektorií pak přidejte křivku pro střední hodnoty a 95% interval spolehlivosti 5

realizací. Měli byste dostat obrázky podobné následujícím, které jsou pro 100 a 1000 trajektorií: Pro jednotlivé varianty (10, 100, 1000, 10000 trajektorií) si pro realizace Wienerova procesu v časech t = 0.2 a t = 0.8 zobrazte histogram a QQ-plot. Vykreslete si také empirickou distribuční funkci a graficky ji porovnejte s teoretickou distribuční funkcí. Jaké rozdělení pravděpodobnosti a s jakými parametry má W t pro t = 0.2 a t = 0.8? Definujme náhodné procesy Y(ω, t) = min W(ω, s), s t 6

a Z(ω, t) = max W(ω, s), s t tzn. minimum a maximum Wienerova procesu na intervalu [0, t]. Vygenerujte si jednu trajektorii Wienerova procesu W t na intervalu [0, 1] a k ní spočítejte trajektorie Y t, Z t na stejném intervalu. Pomohou funkce min a max, a výběr podvektoru pomocí hranatých závorek, např. max (W [1:50]) spočítá maximum z prvních 50 hodnot trajektorie Wienerova procesu. Trajektorie všech tří procesů pak zobrazte v jednom grafu: W 0.5 0.0 0.5 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 t Vytvořte obrázek 2rozměrného Brownova pohybu. Každá ze dvou souřadnic je tvořena Wienerovým procesem. Generujte tedy 2 Wienerovy procesy pro časový interval [0, 10] s krokem t = 0.001 a pomocí příkazu plot každý použijte jako souřadnice na jiné ose. 7

8