Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение

Описан метод приближенного вычисления многомерных нормальных интегралов при больших размерностях, который сводится к аппроксимации исходного интеграла произведением интегралов малых размерностей с учетом всех коэффициентов корреляционной матрицы. Рассмотрено применение метода в задачах вычисления ве...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автор: Годлевский, В.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України 2008
Назва видання:Электронное моделирование
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101592
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение / В.С. Годлевский // Электронное моделирование. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 21-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-101592
record_format dspace
spelling irk-123456789-1015922016-06-06T03:02:32Z Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение Годлевский, В.С. Математические методы и модели Описан метод приближенного вычисления многомерных нормальных интегралов при больших размерностях, который сводится к аппроксимации исходного интеграла произведением интегралов малых размерностей с учетом всех коэффициентов корреляционной матрицы. Рассмотрено применение метода в задачах вычисления вероятностей на основе непараметрических оценок плотностей распределения и при косвенном контроле сложных систем. Описано метод наближеного обчислення багатовимірних нормальних інтегралів при великих розмірностях, який полягає у апроксимації початкового інтеграла добутком інтегралів малих розмірностей з урахуванням всіх коефіцієнтів кореляційної матриці. Розглянуто застосування методу в задачах обчислення вірогідності на базі непараметричних оцінок густини розподілу і при непрямому контролі складних систем. The method is described for approximate calculation of multidimensional normal integrals with large dimensionalities which is reduced to an approximation of the initial integral by a product of integrals of small dimensionality with account of all coefficients of the correlation matrix. The application of the method for the problems of probability calculation based on the nonparametric estimation of the distribution density and at indirect control of complex systems is considered. 2008 Article Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение / В.С. Годлевский // Электронное моделирование. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 21-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3572 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101592 519.213.1:517.582 ru Электронное моделирование Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Математические методы и модели
Математические методы и модели
spellingShingle Математические методы и модели
Математические методы и модели
Годлевский, В.С.
Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
Электронное моделирование
description Описан метод приближенного вычисления многомерных нормальных интегралов при больших размерностях, который сводится к аппроксимации исходного интеграла произведением интегралов малых размерностей с учетом всех коэффициентов корреляционной матрицы. Рассмотрено применение метода в задачах вычисления вероятностей на основе непараметрических оценок плотностей распределения и при косвенном контроле сложных систем.
format Article
author Годлевский, В.С.
author_facet Годлевский, В.С.
author_sort Годлевский, В.С.
title Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
title_short Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
title_full Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
title_fullStr Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
title_full_unstemmed Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
title_sort метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение
publisher Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
publishDate 2008
topic_facet Математические методы и модели
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101592
citation_txt Метод быстрого расчета вероятностей для векторов с нормальными распределениями и его применение / В.С. Годлевский // Электронное моделирование. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 21-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Электронное моделирование
work_keys_str_mv AT godlevskijvs metodbystrogorasčetaveroâtnostejdlâvektorovsnormalʹnymiraspredeleniâmiiegoprimenenie
first_indexed 2025-07-07T11:08:11Z
last_indexed 2025-07-07T11:08:11Z
_version_ 1836986129661820928
fulltext ÓÄÊ 519.213.1:517.582 Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé, ä-ð òåõí. íàóê Èí-ò ïðîáëåì ìîäåëèðîâàíèÿ â ýíåðãåòèêå èì. Ã.Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû (Óêðàèíà, 03164, Êèåâ, óë. Ãåíåðàëà Íàóìîâà, 15, òåë. (044) 4241063, E-mail: ipme@ipme.kiev.ua) Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ñ íîðìàëüíûìè ðàñïðåäåëåíèÿìè è åãî ïðèìåíåíèå (Ñòàòüþ ïðåäñòàâèë ä-ð òåõí. íàóê À.Ô. Âåðëàíü) Îïèñàí ìåòîä ïðèáëèæåííîãî âû÷èñëåíèÿ ìíîãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ ïðè áîëüøèõ ðàçìåðíîñòÿõ, êîòîðûé ñâîäèòñÿ ê àïïðîêñèìàöèè èñõîäíîãî èíòåãðàëà ïðîèç- âåäåíèåì èíòåãðàëîâ ìàëûõ ðàçìåðíîñòåé ñ ó÷åòîì âñåõ êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöû. Ðàññìîòðåíî ïðèìåíåíèå ìåòîäà â çàäà÷àõ âû÷èñëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé íà îñíîâå íåïàðàìåòðè÷åñêèõ îöåíîê ïëîòíîñòåé ðàñïðåäåëåíèÿ è ïðè êîñâåííîì êîíòðîëå ñëîæ- íûõ ñèñòåì. Îïèñàíî ìåòîä íàáëèæåíîãî îá÷èñëåííÿ áàãàòîâèì³ðíèõ íîðìàëüíèõ ³íòåãðàë³â ïðè âå- ëèêèõ ðîçì³ðíîñòÿõ, ÿêèé ïîëÿãຠó àïðîêñèìàö³¿ ïî÷àòêîâîãî ³íòåãðàëà äîáóòêîì ³íòå- ãðàë³â ìàëèõ ðîçì³ðíîñòåé ç óðàõóâàííÿì âñ³õ êîåô³ö³ºíò³â êîðåëÿö³éíî¿ ìàòðèö³. Ðîçãëÿ- íóòî çàñòîñóâàííÿ ìåòîäó â çàäà÷àõ îá÷èñëåííÿ â³ðîã³äíîñò³ íà áàç³ íåïàðàìåòðè÷íèõ îö³íîê ãóñòèíè ðîçïîä³ëó ³ ïðè íåïðÿìîìó êîíòðîë³ ñêëàäíèõ ñèñòåì. Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ìíîãîìåðíîå íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå, êîððåëÿöèîííàÿ ìàòðè- öà, ìíîãîìåðíûå íîðìàëüíûå èíòåãðàëû, íåïàðàìåòðè÷åñêàÿ îöåíêà ïëîòíîñòè ðàñïðå- äåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè, êîñâåííûé êîíòðîëü ìíîãîìåðíûõ ñèñòåì. Íåîáõîäèìîñòü âû÷èñëåíèÿ âåðîÿòíîñòè P X D K e dU n n U M K U M D T ( ) ( ) ( ) � � � � � � � 1 2 1 2 1 � (1) ïîïàäàíèÿ n-ìåðíîãî ñëó÷àéíîãî íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííîãî âåêòîðà X x xn T � ( ,..., ) 1 , ãäå Ò — èíäåêñ òðàíñïîíèðîâàíèÿ, ñ ìàòåìàòè÷åñêèì îæèäàíèåì M M M n T � ( ,..., ) 1 è êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöåé K kij n �{ } 1 â ãèïåðïàðàëëåëåïèïåä D a bi i i n � � ( , ) 1 � , ãäå a bi i, — íèæíèé è âåðõíèé ïðå- äåëû äëÿ i-ãî ýëåìåíòà âåêòîðà X, âîçíèêàåò ïðè ðåøåíèè ìíîãèõ çàäà÷. Íàïðèìåð, ïðè ðåøåíèè çàäà÷ êîíòðîëÿ è äèàãíîñòèêè ìíîãîïàðàìåò- ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 21 ðè÷åñêèõ óñòðîéñòâ è ñèñòåì, ðàñ÷åòà è îáåñïå÷åíèÿ ïîêàçàòåëåé òî÷íîñòè òåõíè÷åñêèõ è ýêîíîìè÷åñêèõ ñèñòåì, èõ ìàòåìàòè÷åñêîãî è êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Îáðàáîòêà ñëó÷àéíûõ ôóíêöèé ñ ïîìîùüþ äèñêðåòíûõ ôèëüòðîâ Êàëìàíà è Ïóãà÷åâà [1] â ñòîõàñòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ â ðÿäå ñëó÷àåâ òàêæå ïðèâîäèò ê çàäà÷å âû÷èñëåíèÿ èëè îöåíêè èíòåãðàëîâ òèïà (1). Ìåòîä âû÷èñëåíèÿ ìíîãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ. Âû÷èñ- ëåíèå ìíîãîìåðíûõ èíòåãðàëîâ â (1) ïðè áîëüøèõ ðàçìåðíîñòÿõ ñ ïîìîùüþ êâàäðàòóðíûõ ôîðìóë òèïà ôîðìóë Ãàóññà äàæå íà ñîâðåìåííûõ ñóïåð- êîìïüþòåðàõ ÿâëÿåòñÿ âåñüìà òðóäîåìêîé çàäà÷åé óæå ïðè n �100 è ÷èñëå óçëîâ îò 10 äî 15. Òðóäîåìêîñòü ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è çíà÷èòåëüíî óâåëè- ÷èâàåòñÿ ïðè ïàðàìåòðè÷åñêîì ñèíòåçå ðàçëè÷íûõ ñèñòåì ñ ó÷åòîì èõ òî÷íîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê â ñëó÷àå áîëüøîé ðàçìåðíîñòè âåêòîðà âàðüè- ðóåìûõ ïàðàìåòðîâ, îò êîòîðûõ çàâèñÿò ýëåìåíòû ñëó÷àéíîãî âåêòîðà Õ, à òàêæå ïðè ðåøåíèè çàäà÷ êîíòðîëÿ è äèàãíîñòèêè ìíîãîìåðíûõ ñèñòåì. Ðàçðàáîòêå ìåòîäîâ ïðèáëèæåííîãî âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëîâ âèäà (1) ïîñâÿ- ùåíî áîëüøîå ÷èñëî ðàáîò, îáçîðû êîòîðûõ ïðèâåäåíû, íàïðèìåð, â [2]. Äàííîå èññëåäîâàíèå ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì è ðàçâèòèåì ìåòîäà âû- ÷èñëåíèÿ (1) [3 — 5], êîòîðûé çàêëþ÷àåòñÿ â àïïðîêñèìàöèè èñõîäíîãî èíòåãðàëà (1) ïðîèçâåäåíèåì èíòåãðàëîâ ìåíüøåé ðàçìåðíîñòè ñ ó÷åòîì âñåõ ýëåìåíòîâ êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöû. Ñ öåëüþ êîíñòðóèðîâàíèÿ àïïðîêñèìàöèîííûõ ôîðìóë äëÿ (1) ïðåä- ñòàâèì âåêòîð Õ â âèäå X X X � � � � 1 2 , ãäå X x xm T 1 1 1 � ( ,..., ) , X x xm n T 2 1 1 � � ( ,..., ) . Äëÿ ïðîñòîòû èçëîæåíèÿ è áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè äàëåå áóäåì ïðåä- ïîëàãàòü, ÷òî âåêòîð X èìååò íóëåâîå ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå. Âåðîÿòíîñòü (1) âûðàçèì ÷åðåç óñëîâíóþ âåðîÿòíîñòü: P X D P X D P X D X D( ) ( ) ( / )� � � � � 1 1 2 2 1 1 , (2) ãäå D a bi i i m 1 1 1 � � ( , )� ; D a bi i i m n 2 1 1 � � � ( , )� . Ðàçìåðíîñòü m 1 âåêòîðà X 1 âûáèðàåì íåáîëüøóþ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðèåì- ëåìîé òðóäîåìêîñòè âû÷èñëåíèÿ ïåðâîãî ñîìíîæèòåëÿ â (2) ñ ïîìîùüþ êâàäðàòóðíûõ ôîðìóë ÷èñëåííîãî èíòåãðèðîâàíèÿ. Çàìåòèì, ÷òî äëÿ Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 22 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 óìåíüøåíèÿ òðóäîåìêîñòè ÷èñëåííîãî èíòåãðèðîâàíèÿ ïðè âû÷èñëåíèè ýòîãî ñîìíîæèòåëÿ ìîæíî ïðåäâàðèòåëüíî ðàçìåðíîñòü èíòåãðàëà óìåíü- øèòü àíàëèòè÷åñêèì èíòåãðèðîâàíèåì ïî ÷àñòÿì. Äàëåå áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî òðóäîåìêîñòü âû÷èñëåíèÿ âåðîÿòíîñòè P X D( ) 1 1 � ÿâëÿåòñÿ ïðèåìëåìîé. Ðàññìîòðèì çàäà÷ó âû÷èñëåíèÿ âòîðîãî ñîìíîæèòåëÿ â (2). Ïðè ýòîì ïåðåéäåì â (2) ê âåêòîðàì öåíòðèðîâàííûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí: P X D P X C P X C X C( ) ( ) ( / )� � � � � 1 0 1 2 0 2 1 0 1 , (3) ãäå X 1 0 è X 2 0 — íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííûå âåêòîðû, èìåþùèå íóëåâûå ìàòåìàòè÷åñêèå îæèäàíèÿ è êîððåëÿöèîííûå ìàòðèöû âåêòîðîâ X 1 è X 2 ; C a M b Mi xi i xi i m 1 1 1 � � � � ( , )� ; C a M b Mi xi i xi i m n 2 1 1 � � � � � ( , )� . Èñïîëüçóÿ ïðèåì, îïèñàííûé â [6], âûðàçèì âåêòîð X X T0 1 0 � [( ) , ( ) ]X T T �1 0 ÷åðåç ñëó÷àéíûé íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííûé âåêòîð V v� ( ,... 1 ..., )vn T ñ íåçàâèñèìûìè ñîñòàâëÿþùèìè, èìåþùèìè åäèíè÷íóþ äèñïåðñèþ: X TV0 � , (4) ãäå T — íèæíÿÿ òðåóãîëüíàÿ ìàòðèöà, ýëåìåíòû êîòîðîé îïðåäåëÿþòñÿ ïî èçâåñòíîìó àëãîðèòìó òðåóãîëüíîãî ðàçëîæåíèÿ ïîëîæèòåëüíî îïðåäå- ëåííîé ñèììåòðè÷íîé ìàòðèöû [7]. Ýëåìåíòû tij ìàòðèöû T íàõîäÿòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ïî ñòîëáöàì: t k tii ii ir r i � � � � � 2 1 1 , t t k t tij jj ij ir jr r j � � � � � � � � 1 1 1 , j n�1, , i n�1, . Çàïèøåì âûðàæåíèå (4) äëÿ X 0 â áëî÷íî-ìàòðè÷íîé ôîðìå X T T T V V 0 11 21 22 1 2 0 � � � � � � � . Ñîîòâåòñòâåííî âåêòîðû X 1 0 è X 2 0 çàïèøåì â âèäå X T V 1 0 11 1 � ; (5) X T V T V 2 0 21 1 22 2 � � , (6) ãäåV v vm T 1 1 1 � ( ,..., ) ; V v vm n T 2 1 1 � � ( ,..., ) ;T tij m 11 1 1 �{ } èT tij m n 22 1 1 � � { } — êâàä- ðàòíûå m m 1 1 � è ( ) ( )n m n m� � � 1 1 ìàòðèöû (ëåâûå òðåóãîëüíûå); T21 — Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 23 ïðÿìîóãîëüíàÿ ( )n m m� � 1 1 ìàòðèöà ýëåìåíòîâ tij , i m n� � 1 1, , j m�1 1 , . Ïîñ- ëå ïîäñòàíîâêè (6) â (3) ïîëó÷èì P X D P X C P T V T V C X C( ) ( ) [( ) / ]� � � � � � 1 0 1 21 1 22 2 2 1 0 1 . (7) ÂûðàçèìV 1 ÷åðåç X 1 0 èç (4), V T X 1 11 1 1 � � , (8) è ïîäñòàâèì (8) â (7): P X D P X C P T T X T V C X C( ) ( ) [( ) / ]� � � � � � � 1 0 1 21 11 1 1 0 22 2 2 1 0 1 . (9) Ïåðåéäåì â (9) îò óñëîâíîé ê áåçóñëîâíîé âåðîÿòíîñòè ââåäåíèåì â ðàññìîòðåíèå ñëó÷àéíîãî âåêòîðà, èìåþùåãî óñå÷åííîå ìíîãîìåðíîå íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå: P X D P X C P T T X T V CY( ) ( ) [( ) ]� � � � � � 1 0 1 21 11 1 1 22 2 2 , (10) ãäå X Y1 — m 1 -ìåðíûé ñëó÷àéíûé âåêòîð ñ óñå÷åííîé (îãðàíè÷åííîé) ïëîòíîñòüþ ðàñïðåäåëåíèÿ, f U f U P f U C U C U C Y1 1 0 1 0 1 1 1 ( ) ( ) ( ( ) ) , . � � � � , åñëè 0, åñëè � � � � � (11) ÇäåñüU u um T � ( ,..., ) 1 1 ; f U 1 0 ( ) — ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ íîðìàëüíî ðàñ- ïðåäåëåííîãî âåêòîðà X 1 0 ñ íóëåâûì ìàòåìàòè÷åñêèì îæèäàíèåì (ôóíê- öèÿ f U 1 0 1 ( ) ðàâíà ïîäûíòåãðàëüíîé ôóíêöèè â (1) ïðè Ì = 0). Òàêèì îáðàçîì, ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ (11) ÿâëÿåòñÿ ïëîòíîñòüþ ðàñïðåäå- ëåíèÿ óñå÷åííîãî ìíîãîìåðíîãî íîðìàëüíîãî çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ. Ïåðåéäåì îò (10) ê ýêâèâàëåíòíîé çàâèñèìîñòè P X D P X C P X CS( ) ( ) ( )� � � � 1 0 1 2 2 , (12) ãäå X T T X T VS Y2 21 11 1 1 22 2 � � � . (13) Ýëåìåíòû âåêòîðà X S2 ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñóììû ñëó÷àéíûõ âåëè- ÷èí, èìåþùèõ íîðìàëüíûå è óñå÷åííûå íîðìàëüíûå ðàñïðåäåëåíèÿ. Àíàëèòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ ïëîòíîñòåé ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè âåêòîðîâ âèäà X S2 íåèçâåñòíà. Ïîýòîìó ñòðîãîå âû÷èñëåíèå âåðîÿòíîñòè P X CS( ) 2 2 � äëÿ ìíîãîìåðíîãî ñëó÷àÿ ïðàêòè÷åñêè íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. Äëÿ ïðèáëèæåííîãî âû÷èñëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè P X CS( ) 2 2 � èñïîëüçóåì òîò ôàêò, ÷òî ðàñïðåäåëåíèÿ ñóìì ñëó÷àéíûõ Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 24 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 âåëè÷èí, èìåþùèõ íîðìàëüíûå è óñå÷åííûå íîðìàëüíûå ðàñïðåäåëåíèÿ, ñ äîñòàòî÷íî âûñîêîé òî÷íîñòüþ àïïðîêñèìèðóþòñÿ íîðìàëüíûìè ðàñïðåäåëåíèÿìè, îñîáåííî â ñëó÷àå, êîãäà îáëàñòü C �1 áëèçêà ê ñèììåò- ðè÷íîé. Êîñâåííî ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ òåì, ÷òî çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñóì- ìû òðåõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí, èìåþùèõ ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå, îòëè- ÷àþùååñÿ îò íîðìàëüíîãî â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì óñå÷åííîå íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå, ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ àïïðîêñèìèðóåòñÿ íîðìàëüíûì ðàñ- ïðåäåëåíèåì [8]. Ïîýòîìó çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ âåêòîðà X S2 àïïðîêñèìè- ðóåì íîðìàëüíûì ìíîãîìåðíûì çàêîíîì: P X C P X CS N( ) ( ) 2 2 2 2 � � � , (14) ãäå X N2 — íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííûé âåêòîð. Ïðè ýòîì (12) ïðèíèìàåò âèä P X D P X C P X CN( ) ( ) ( )� � � � 1 0 1 2 2 . Åñëè âû÷èñëåíèå âåðîÿòíîñòè P X CN( ) 2 2 � âíîâü âûçûâàåò çàòðóäíåíèå â ñëó÷àå áîëüøîé ðàçìåðíîñòè âåêòîðà X N2 , òî P X CN( ) 2 2 � ìîæíî òàêæå ïðåäñòàâèòü, èñïîëüçóÿ èçëîæåííûé ïðèåì, â âèäå ïðîèçâåäåíèÿ äâóõ âå- ðîÿòíîñòåé è òàê äàëåå. Òàêèì îáðàçîì, (1) ìîæíî àïïðîêñèìèðîâàòü ïðîèçâåäåíèåì íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ, ðàçìåðíîñòü êîòîðûõ ìåíüøå n, ò. å. ïðîèçâåäåíèåì âèäà P X D X Ci i k ( ) ( ) * * � � �� , (15) ãäå X i * — âåêòîðû ñ íîðìàëüíûìè çàêîíàìè ðàñïðåäåëåíèÿ (îäíîìåð- íûìè èëè ìíîãîìåðíûìè). Ïðè k = 2 X X i1 0* � , X X N2 2 * � , C C 1 1 * � , C C 2 2 * � . Ìîæíî ïðåäëîæèòü ðàçëè÷íûå ñïîñîáû àïïðîêñèìàöèè çàêîíà ðàñ- ïðåäåëåíèÿ âåêòîðà òèïà (13), ò. å. ðàçëè÷íûå ñïîñîáû âûáîðà ïàðàìåòðîâ íîðìàëüíîãî çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ âåêòîðà X N2 â ñîîòíîøåíèè (14). Ðàñ- ñìîòðèì ñïîñîá àïïðîêñèìàöèè âåêòîðà X S2 íîðìàëüíî ðàñïðåäåëåííûì âåêòîðîì, êîòîðûé, êàê ïîêàçûâàåò ïðàêòèêà, îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ òî÷- íîñòü è ïðèãîäåí äëÿ íåñèììåòðè÷íûõ îáëàñòåé D. Ýòîò ñïîñîá çàêëþ- ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî â êà÷åñòâå êîððåëÿöèîííûõ ìàòðèö è âåêòîðà ìàòåìàòè- ÷åñêèõ îæèäàíèé äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ âåêòîðîâ X N2 , X S2 âûáèðàþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî ìàòðèöû è âåêòîð K X N[ ] 2 è M X N[ ] 2 , îïðåäåëÿåìûå ïî ôîðìóëàì M X M X T T M XN S Y[ ] [ ] [ ] 2 2 21 11 1 1 � � � . K X K X T T K X T T T TN S Y T T [ ] [ ] [ ]( ) 2 2 21 11 1 1 21 11 1 22 22 � � � � � , Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 25 ãäå M X M MY Y m Y T [ ] [ ,..., ] 1 11 1 1 � è K X kY ij Y i j m [ ] { } ,1 1 1 1 � � — âåêòîð ìàòåìàòè- ÷åñêèõ îæèäàíèé è êîððåëÿöèîííàÿ ìàòðèöà âåêòîðà X Y1 . Çàâèñèìîñòè äëÿ âû÷èñëåíèÿ ýëåìåíòîâ M i Y1 è kij Y1 èìåþò âèä M u f U dUi Y i Y C 1 1 1 � � ( ) , i m�1 1 ,..., , k r M Mij Y ij Y iY jY1 1 � � , i j m, , ...,�1 1 , ãäå r u u f U dUij Y i j Y C 1 1 1 � � ( ) . Îïèñàííûé ìåòîä âû÷èñëåíèÿ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ (1) îòíîñèòñÿ ê ïðèáëèæåííûì ìåòîäàì. Äëÿ ïðîèçâîëüíûõ êîððåëÿöèîííûõ ìàòðèö è ïðåäåëîâ òî÷íîñòü âû÷èñëåíèÿ (1) îáû÷íî óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðíîñòè mi èíòåãðàëîâ, ïðîèçâåäåíèåì êîòîðûõ àïïðîêñèìèðóåòñÿ (1), îäíàêî èíîãäà óâåëè÷åíèå mi ïðèâîäèò ê íåáîëüøîìó óâåëè÷åíèþ òî÷- íîñòè. Óêàæåì ñëó÷àè, êîãäà óâåëè÷åíèå mi ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óâåëè÷åíèþ òî÷íîñòè. Ñëó÷àé 1. Èñõîäíûé âåêòîð Õ ñîäåðæèò k ãðóïï ïî mi ýëåìåíòîâ, êîýô- ôèöèåíòû êîððåëÿöèè ìåæäó êîòîðûìè çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò ïî ìî- äóëþ êîýôôèöèåíòû êîððåëÿöèè ìåæäó ýëåìåíòàìè ðàçëè÷íûõ ãðóïï (ýëåìåíòàìè, íå âõîäÿùèìè â îäíó ãðóïïó).  äàííîì ñëó÷àå (1) öåëåñî- îáðàçíî àïïðîêñèìèðîâàòü ïðîèçâåäåíèåì íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ ñ ðàç- ìåðíîñòÿìè mi . Ïðè ýòîì ïðåäâàðèòåëüíî ñëåäóåò íà êàæäîì ýòàïå àï- ïðîêñèìàöèè óïîðÿäî÷èòü ýëåìåíòû èñõîäíîãî âåêòîðà ïî ãðóïïàì òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû â ïåðâóþ ãðóïïó ïîïàëè ýëåìåíòû ñ áîëüøèìè ïî ìîäóëþ êîýôôèöèåíòàìè êîððåëÿöèè ìåæäó ñîáîé è ñ ìàëûìè êîýôôèöèåíòàìè êîððåëÿöèè ñ ýëåìåíòàìè, ïðèíàäëåæàùèìè âòîðîé ãðóïïå. Äàííàÿ ñèòóàöèÿ íàáëþäàåòñÿ, íàïðèìåð, ïðè ðàñ÷åòå ïîêàçàòåëåé äîñòîâåðíîñòè ñèñòåìû êîíòðîëÿ, êîãäà âåêòîð X ñîäåðæèò ïàðû ñèëüíî çàâèñèìûõ êîìïîíåíò.  òàêîì ñëó÷àå äëÿ óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè ñëåäóåò (1) àïïðîêñèìèðîâàòü ïðîèç- âåäåíèåì k íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ ñ ðàçìåðíîñòÿìè mi = 2.  òàáë. 1 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ èíòåãðàëîâ (1) ïî ðàçëî- æåíèþ (15) ÷åðåç îäíî- è äâóõìåðíûå èíòåãðàëû. Êàê âèäèì, â ñëó÷àå, êîãäà êîððåëÿöèîííàÿ ìàòðèöà èìååò áëî÷íóþ ñòðóêòóðó ñ áîëüøèìè êîýôôèöèåíòàìè êîððåëÿöèè â äèàãîíàëüíûõ áëîêàõ, òî÷íîñòü ðàñ÷åòà ÷åðåç äâóõìåðíûå èíòåãðàëû çíà÷èòåëüíî âûøå ïî ñðàâíåíèþ ñ òî÷íîñòüþ ðàñ÷åòà ÷åðåç îäíîìåðíûå èíòåãðàëû. Ñëó÷àé 2. Ïðåäåëû èíòåãðèðîâàíèÿ â (1) ïî êàæäîé ïåðåìåííîé ñó- ùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ îäèí îò äðóãîãî.  äàííîì ñëó÷àå öåëåñîîáðàçíî â Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 26 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 îäíó i-þ ãðóïïó âêëþ÷àòü mi çàâèñèìûõ ïåðåìåííûõ ñ ñóùåñòâåííî ðàç- ëè÷íûìè ïðåäåëàìè èíòåãðèðîâàíèÿ. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî åñëè ïðåäåëû èíòåãðèðîâàíèÿ â (1) ïî ìíîãèì ïåðåìåííûì ÿâëÿþòñÿ ïî÷òè ñèììåòðè÷íûìè è øèðîêèìè (íàïðèìåð, ïðè ai � �3 è bi � 3), òî êîððåëÿöèîííàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó ïàðàìåòðàìè ïðè èñïîëüçîâàíèè äàííîãî ìåòîäà ó÷èòûâàåòñÿ íå â ïîëíîé ìåðå. Ýòî ñâîéñò- âî ìîæíî îáúÿñíèòü íà ïðèìåðå àïïðîêñèìàöèè (1) ïðîèçâåäåíèåì îäíî- ìåðíûõ èíòåãðàëîâ. Âûðàæåíèÿ äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ M 21 äèñïåðñèè D 21 ïåð- âîãî ýëåìåíòà âåêòîðà X N2 èìåþò ñëåäóþùèé âèä: M k e e e dua k b k u k a b 21 21 2 2 2 1 2 11 1 2 11 2 11 1 1 � � � � � � ( ) / / / , (16) D k k a e b e e dua k b k u k a 21 21 2 11 1 2 1 2 2 1 2 11 1 2 11 2 11 � � � � � ( ) / / / 1 1 22 21 2 11 2 21 2 b k k k M � � � . (17) Èç (16) è (17) âèäíî, ÷òî ïðè ñèììåòðè÷íûõ ïðåäåëàõ M 21 = 0 (â ñëó÷àå íóëåâîãî âåêòîðà ìàòåìàòè÷åñêèõ îæèäàíèé èñõîäíîãî èññëåäóåìîãî ñëó÷àéíîãî âåêòîðà) è ñëåäîâàòåëüíî, D k 21 22 � , Òàêèì îáðàçîì, íåíóëå- âîé êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè k 21 íå îêàçûâàåò íèêàêîãî âëèÿíèÿ íà ïàðàìåòðû ýëåìåíòîâ âåêòîðà X N2 . Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 27 Êîððåëÿ- öèîííàÿ ìàòðèöà 1,0 0,95 0,70 0,70 0,95 1,0 0,70 0,70 0,70 0,70 1,0 0,95 0,70 0,70 0,95 1,0 1,0 0,70 0,95 0,70 0,70 1,0 0,70 0,95 0,95 0,7 1,0 0,7 0,7 0,95 0,7 1,0 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 Ðàçìåð- íîñòü èíòåãðà- ëîâ 1 2 1 2 1 2 1 2 Ïðåäåëû èíòåã- ðàëîâ �3 0 �3 0 0 3 0 3 �3 �3 0 0 0 0 3 3 �2 0 �2 0 1 3 1 3 �2 �2 0 0 1 1 3 3 Ïðèáëè- æåííûé ðåçóëüòàò 0,0042 0,00361 0,0064 0,0088 0,174 0,181 0,172 0,176 Òî÷íûé ðåçóëüòàò 0,00361 0,181 Òàáëèöà 1 Ñëó÷àé øèðîêèõ ïðåäåëîâ, áëèçêèõ ê ñèììåòðè÷íûì, äëÿ (1) äîñòà- òî÷íî ÷àñòî âñòðå÷àåòñÿ â çàäà÷àõ àíàëèçà è îáåñïå÷åíèÿ òî÷íîñòè òåõíè- ÷åñêèõ ñèñòåì, ïðè÷åì òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëîâ òèïà (1) ïîâûøàþòñÿ ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ åãî çíà÷åíèÿ ê åäèíèöå. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ òî÷íîñòè âû÷èñëåíèÿ (1) â ñëó÷àå øèðîêèõ ïðåäåëîâ, áëèçêèõ ê ñèììåòðè÷íûì, ìîæíî ïåðåéòè îò çàäà÷è âû÷èñëåíèÿ (1) ê ýêâè- âàëåíòíîé çàäà÷å âû÷èñëåíèÿ âåðîÿòíîñòè ïðîòèâîïîëîæíîãî ñîáûòèÿ: P X D P X D P A( ) ( ) ( )� � � � � �1 1 . (18) Çäåñü A Ai i n � �1 � , ãäå Ai — ñîáûòèå, ñîñòîÿùåå â ïîïàäàíèè ýëåìåíòà x i â èíòåðâàë (ai , bi ). Ñìûñë ïðèìåíåíèÿ (18) çàêëþ÷àåòñÿ â çàìåíå çàäà÷è âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëîâ ñ ñèììåòðè÷íûìè èëè áëèçêèìè ê ñèììåòðè÷íûì ïðåäåëàìè çàäà÷åé âû÷èñëåíèÿ èíòåãðàëîâ, õàðàêòåðèçóåìûõ ñóùåñòâåí- íî íåñèììåòðè÷íûìè ïðåäåëàìè. Âåðîÿòíîñòü P A( ) çàïèøåì â âèäå P A P A A P A A P A A P A P A A( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )� � � � � � � � �1 1 1 1 1 1 1 1 1 , (19) ãäå A Ai i n � � � 1 2 � . Àíàëîãè÷íî ïðåîáðàçóåì âòîðîå ñëàãàåìîå â ïîñëåäíåì ðàâåíñòâå (19): P A A P A A P A A A( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 1 2 2� � � � . Ïðîâîäÿ ïîñëåäîâàòåëüíî àíàëîãè÷íûå ïðåîáðàçîâàíèÿ è ïîäñòàâëÿÿ ðå- çóëüòàòû â (19), ïîëó÷àåì ôîðìóëó, ïðåäëîæåííóþ Ò.À. Ãóáðåíþê [ 5 ]: P A P A Ai k k i i n ( ) � � � � � � � � 1 1 1 � . (20) Ïðè âû÷èñëåíèè êàæäîãî ñëàãàåìîãî â (19) â ïåðâûé ïîäâåêòîð ñëåäóåò âêëþ÷àòü ýëåìåíò x i , ÷òî óâåëè÷èâàåò ïîëíîòó ó÷åòà êîððåëÿöèîííûõ ñâÿçåé. Ïîýòîìó öåëåñîîáðàçíî (20) ïðåîáðàçîâàòü ê âèäó P A P A Ai k k i n i n ( ) � � � � � �� � 11 � . (21) Ôîðìóëó (21) ìîæíî ïîëó÷èòü, ïðèâåäÿ (19) ê âèäó P A P A A P A A P A A P A A P A( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )� � � � � � � � � �1 1 1 1 1 1 1 1 1 . (22) Àíàëîãè÷íî íàõîäèì P A P A A P A( ) ( ) ( ) � � � � � 1 2 2 2 . Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 28 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 Ïðîäîëæàÿ òàêèå æå ïðåîáðàçîâàíèÿ äàëåå è ïîäñòàâëÿÿ ðåçóëüòàòû â (19), ïîëó÷àåì (21). Èç (21) è (16) ñëåäóåò, ÷òî ìàòåìàòè÷åñêèå îæèäàíèÿ ýëåìåíòîâ âåêòî- ðà X 2 * ñóùåñòâåííî îòëè÷íû îò íóëÿ, à ýòî óâåëè÷èâàåò ïîëíîòó ó÷åòà êîððåëÿöèè ñîãëàñíî (17). Äðóãîé âàæíîé îñîáåííîñòüþ ïðèìåíåíèÿ ôîðìóëû (21) ÿâëÿåòñÿ ñðàâíèòåëüíî ìàëîå âëèÿíèå ïîãðåøíîñòè êàæäîãî ñëàãàåìîãî íà âñþ ñóììó. Äåéñòâèòåëüíî, îáîçíà÷èì îòíîñèòåëüíóþ ïîãðåøíîñòü îïðåäåëå- íèÿ ñëàãàåìîãî � i ÷åðåç � i , òîãäà àáñîëþòíàÿ ïîãðåøíîñòü � äëÿ P A( ) âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé � � � �i i i n � � 1 . . Ïîñêîëüêó � i �0, èç ýòîé ôîðìóëû ñëåäóåò � P A i i ( ) max� � . Êðîìå òîãî, ñ÷èòàÿ ïîãðåøíîñòè � i ñëó÷àéíûìè íåçàâèñèìûìè âåëè÷èíà- ìè ñî ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêèìè îòêëîíåíèÿìè � �� i ), íàõîäèì � � � �� � � P A i i i i n i i n ( ) ) ! " # $ % � � � � � 2 2 1 1 . Îòñþäà âèäíî, ÷òî ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèÿ P A( ) ïî (21) èìååò òåíäåí- öèþ ê óìåíüøåíèþ ñ âîçðàñòàíèåì n.  òàáë. 2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà øåñòèìåðíûõ èíòåãðàëîâ ïî ôîðìóëå (15) ÷åðåç îäíî-, äâóõ- è òðåõìåðíûå èíòåãðàëû è ïî ðàçëîæåíèþ (21) ÷åðåç îäíîìåðíûå èíòåãðàëû. Äàííûå, ïðèâåäåííûå â òàáë. 1 è 2, ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ïðèìåíåíèå ôîðìóëû (15) ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâ- íûì ïðè íåñèììåòðè÷íûõ èëè îòíîñèòåëüíî óçêèõ ïðåäåëàõ èíòåãðèðîâàíèÿ. Ïðè áîëåå øèðîêèõ ñèììåòðè÷íûõ ïðåäåëàõ èíòåãðèðîâàíèÿ öåëåñîîáðàçíî ïîëüçîâàòüñÿ ôîðìóëîé (21), à êàæäîå ñëàãàåìîå â (21) âû÷èñëÿòü ïî (15). Êàê âèäíî èç òàáë. 2, ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïî ôîðìóëå (15) ïðè ðàñ- øèðåíèè ïðåäåëîâ ïðèáëèæàþòñÿ ê ðåçóëüòàòàì, ïîëó÷åííûì ïðè ñòàòèñòè- ÷åñêîé íåçàâèñèìîñòè ýëåìåíòîâ èñõîäíîãî âåêòîðà.  ñëó÷àå êîððåëÿöèîí- íûõ ìàòðèö ïðèìåðíî ñ ðàâíûìè íåäèàãîíàëüíûìè ýëåìåíòàìè ïåðåõîä îò ðàñ÷åòà ÷åðåç îäíîìåðíûå èíòåãðàëû ê ðàñ÷åòó ÷åðåç äâóìåðíûå è òðåõìåð- íûå èíòåãðàëû íå ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó ïîâûøåíèþ òî÷íîñòè. Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 29 Ïðèìåíåíèå ðàçëîæåíèÿ (21) ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü çíà÷èòåëüíî áîëåå òî÷íûé ðåçóëüòàò, ïðè÷åì, êàê âèäíî èç òàáë. 2, îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåø- íîñòü âû÷èñëåíèÿ (1) îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé ïðè ðàñøèðåíèè ïðåäåëîâ. Çíà÷åíèÿ èíòåãðàëîâ, ïðèâåäåííûå â òàáë. 2, ïîëó÷åíû ïî êâàäðàòóðíûì ôîðìóëàì ñ ÷èñëîì óçëîâ òî÷åê Ãàóññà ïî êàæäîé ïåðåìåííîé, ðàâíûì 16. Âû÷èñëåíèå âåðîÿòíîñòåé äëÿ ñëó÷àéíûõ âåêòîðîâ ñ ïðîèçâîëü- íûì çàêîíîì ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé.  çàäà÷àõ êîíòðîëÿ ïàðàìåò- ðîâ, äèàãíîñòèêè ñîñòîÿíèÿ ñëîæíûõ ñèñòåì è â äðóãèõ çàäà÷àõ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé íà ïðàêòèêå ÷àñòî âèä ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè & ( )U äëÿ âåêòîðà ñëó÷àéíûõ èññëåäóåìûõ ïàðàìåòðîâ ÿâëÿåòñÿ íåèçâåñòíîé ôóíêöèåé, ÷òî îáóñëîâëåíî êàê àïðèîðíîé ñòàòèñòè÷åñêîé íå- îïðåäåëåííîñòüþ, òàê è òåì, ÷òî â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåèçâåñòíû àíàëèòè- ÷åñêèå çàâèñèìîñòè äëÿ ìíîãîìåðíûõ ïëîòíîñòåé ðàñïðåäåëåíèÿ êðîìå ìíî- ãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ ïëîòíîñòåé.  òàêèõ ñëó÷àÿõ îáû÷íî èñïîëüçóþò íåïàðàìåòðè÷åñêèå îöåíêè ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ âèäà îöåíêè Ïàðçåíà — Ðîçåíáëàòòà [9]. Ýòà îöåíêà, îñíîâàííàÿ íà èñïîëüçîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëü- Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 30 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 Èñõîäíûå äàííûå Âû÷èñëåíèå ìíîãîìåðíûõ èíòåãðàëîâ Ïðåäåëû èíòåãðèðîâàíèÿ Êîððåëÿöèîííàÿ ìàòðèöà ïî (15) ïî (21) Òî÷íûå çíà÷åíèÿ Ðàçìåðíîñòü Ðåçóëüòàò –2 2 1 0 0 8 0 8 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,86500 0,86531 0,86648 0,87281 0,87227 –3 3 1 0 0 8 0 8 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,98666 0,98770 0,98848 0,99014 0,99010 –4 4 1 0 0 8 0 8 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,999624 0,999647 0,999662 0,999718 0,999717 –2 2 1 0 0 9 0 9 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,88258 0,88553 0,88941 0,90005 0,90050 –3 3 1 0 0 9 0 9 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,98725 0, 98913 0,99037 0,99258 0,99253 –4 4 1 0 0 9 0 9 1 0 , ... , , ... , � � � 1 2 3 0,999626 0,999686 1,00320 0,999782 0,999786 Òàáëèöà 2 íîé ñòàòèñòè÷åñêîé âûáîðêè Y y yi i ni T � ( ,..., ) 1 îáúåìîì N (i N�1,..., ) çíà- ÷åíèé èññëåäóåìîãî ñëó÷àéíîãî âåêòîðà Y, èìååò âèä & N i i N j j n U N k U Y h h( ) � �� � � � � � � � 1 1 1 1 , (23) ãäå U Y h u y h u y h i i i n ni i T � � � �� � � 1 1 ,..., ; h j — ïîëîæèòåëüíûå êîýôôèöèåíòû ðàçìûòîñòè; k U( )— ìíîãîìåðíîå ÿäðî îöåíêè.  êà÷åñòâå ÿäðà k U( ) èñïîëüçóþò ôóíêöèþ, èìåþùóþ ñâîéñòâà ìíîãîìåðíîé ñèììåòðè÷íîé ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè: k U dU( ) �' ' � �1, u k U dUj 2 1( ) �' ' � � , k U k U( ) ( )� � , u u k U dUj k j n j j � �' ' �� � 1 2 1( ) , ãäå i n�1,..., ; k j �1,... . Å. Ïàðçåí ïðåäëîæèë [9] èñïîëüçîâàòü â (23) â êà÷åñòâå ìíîãîìåðíîãî ÿäðà ôóíêöèþ ïëîòíîñòè íîðìàëüíîãî ìíîãîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ k U Y h K ei n n U Y h S U Y h i T i �� � � � � � � � � � � � � � 1 2 1 2 1 � , (24) ãäå â êà÷åñòâå ìàòðèöû S ïðèíèìàåòñÿ âûáîðî÷íàÿ êîâàðèàöèîííàÿ ìàò- ðèöà, îïðåäåëÿåìàÿ ïî âûáîðêå Yi , i N�1,..., . Ïîñëå ïîäñòàíîâêè â ôîðìóëó äëÿ âåðîÿòíîñòè ïîïàäàíèÿ â îáëàñòü D ñëó÷àéíîãî âåêòîðà Y P Y D U dU D ( ) ( )� � � & (25) c ïðîèçâîëüíîé ìíîãîìåðíîé ïëîòíîñòüþ ðàñïðåäåëåíèÿ & ( )U îöåíêè (23) ïðè (24) ïîëó÷àåì íåïàðàìåòðè÷åñêóþ îöåíêó äëÿ âåðîÿòíîñòè (1): P Y D J N h K eN j j n i N D n n U Y h i T ( )� � � � �� � � � � � �� � 1 1 2 1 11 1 2 � K U Y h i� � � � � 1 . (26) Âñëåäñòâèå áîëüøîé òðóäîåìêîñòè âû÷èñëåíèÿ (26) è (24) îáû÷íî èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå àïïðîêñèìàöèè (24), íàïðèìåð, ïðåíåáðåãàÿ â (24) Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 31 êîððåëÿöèîííûìè çàâèñèìîñòÿìè ìåæäó ýëåìåíòàìè èññëåäóåìîãî âåê- òîðà Y. Îäíàêî ýòî ñíèæàåò òî÷íîñòü íåïàðàìåòðè÷åñêèõ îöåíîê (23) è (25) ïðè íåáîëüøîì ÷èñëå íàáëþäåíèé N, ïîñêîëüêó òî÷íîñòü îöåíêè (26) ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò âûáîðà ìàòðèöû S â (24) [9] è îáúeìà âûáîðêè. Ïðèìåíåíèå èçëîæåííîãî ìåòîäà âû÷èñëåíèÿ (1) äëÿ ðàñ÷åòà êàæäîãî ñëàãàåìîãî (25) ñóùåñòâåííî óìåíüøàåò òðóäîåìêîñòü âû÷èñëåíèé è äàåò ïðàêòè÷åñêóþ âîçìîæíîñòü ó÷åòà êîððåëÿöèîííûõ çàâèñèìîñòåé â (24) è (25) ìåæäó ýëåìåíòàìè âåêòîðà Y. Îöåíêà (23) ÿâëÿåòñÿ ñìåùåííîé, ÷òî âûòåêàåò èç âûðàæåíèÿ äëÿ àñèìï- òîòè÷åñêîãî ðàçëîæåíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ â ïðàâîé ÷àñòè (25): M J P Y D s h h U u u UN ij i j j n i n i jD [ ] ( )� � � � �� �� � 1 2 11 2 ( & ( ( ( ( ) O h( ) 4 , (27) ãäå & U( ) — òî÷íàÿ (íî íåèçâåñòíàÿ) ôóíêöèÿ ìíîãîìåðíîé ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòè äëÿ âåêòîðà Y; sij — ýëåìåíòû êîâàðèàöèîí- íîé ìàòðèöû S. Çàâèñèìîñòü (26) íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò èç ïðèâåäåí- íîãî â [10] âûðàæåíèÿ äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî îæèäàíèÿ íåïàðàìåòðè÷åñêîé îöåíêè èíòåãðàëà áîëåå îáùåãî âèäà ïî ñðàâíåíèþ ñ (1). Ñ öåëüþ êîìïåíñàöèè ñìåùåíèÿ â (27) ìîæíî èñïîëüçîâàòü ìîäèôè- öèðîâàííóþ íåïàðàìåòðè÷åñêóþ îöåíêó äëÿ (25) â ñëó÷àå h hi � 0 , i n�1,..., , (ïîëó÷åííóþ À. Í. Çàâàðèíûì [11] äëÿ èíòåãðàëîâ îáùåãî âèäà): P Y D J N h K eN j j n i N D h n n U Y h i ( )� � � � �� � � � � �� � 1 1 2 1 11 1 1 2 0 2 � � � � � � � � T iK U Y h 1 . (28) Îöåíêà (28) îñíîâàíà íà àñèìïòîòè÷åñêîì ðàçëîæåíèè (27), ïðè ïîëó÷å- íèè êîòîðîãî èñïîëüçóåòñÿ ïðèáëèæåííîå ðàâåíñòâî s u u k U dUij i j� �' ' � ( ) . Òî÷íîñòü åãî óâåëè÷èâàåòñÿ â ñëó÷àå ïðèáëèæåíèÿ ïëîòíîñòè èññëåäóå- ìîãî âåêòîðà ê ìíîãîìåðíîé íîðìàëüíîé è èñïîëüçîâàíèÿ ïðè ýòîì â êà÷åñòâå ÿäðà ôóíêöèè (24). Âû÷èñëåíèå âåðîÿòíîñòåé ïðè êîñâåííîì êîíòðîëå ñèñòåì. Âî ìíîãèõ çàäà÷àõ êîñâåííîãî êîíòðîëÿ è äèàãíîñòèêè òåõíè÷åñêèõ è èíûõ ñèñòåì òðåáóåòñÿ îöåíèòü èõ ðàáîòîñïîñîáíîñòü ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðå- íèé ïàðàìåòðîâ, õàðàêòåðèçóþùèõ ðàáîòîñïîñîáíîñòü ýòèõ ñèñòåì. Ðàñ- ñìîòðèì òàêèå çàäà÷è. Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 32 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 Êîíòðîëèðóåìàÿ ñèñòåìà èìååò n ïàðàìåòðîâ ( ,..., )x x Xn T 1 � , êîòîðûå õàðàêòåðèçóþò åå ðàáîòîñïîñîáíîñòü. Ñèñòåìà ñ÷èòàåòñÿ ðàáîòîñïîñîá- íîé, åñëè X D� , D a bi i i n � � ( , ) 1 � . Âåêòîð X èìååò ìíîãîìåðíûé íîðìàëüíûé çàêîí ðàñïðåäåëåíèÿ ñ èçâåñò- íîé êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöåé K kij n �{ } 1 , êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåäâàðè- òåëüíî íà ïîäãîòîâèòåëüíîì ýòàïå. Ïðè êîíòðîëå ðàáîòîñïîñîáíîñòè ñèñòåìû äîïóñêàåòñÿ ïðîâîäèòü èç- ìåðåíèÿ òîëüêî ïåðâûõ m ýëåìåíòîâ x i , i m�1,..., , âåêòîðà X. Ïî ïîëó÷åí- íîìó ïóòåì èçìåðåíèÿ çíà÷åíèþ X x x E E m E T 1 1 1� � �( ,..., )� ïîäâåêòîðà X 1 � � ( ,..., )x xm T 1 1 âåêòîðà X X XT T T � ( , ) 1 2 îïðåäåëÿåòñÿ îöåíêà âåðîÿòíîñòè ðà- áîòîñïîñîáíîñòè ñèñòåìû ïðè óñëîâèè, ÷òî X X E1 1 � �� D a bi i i m 1 1 1 � � ( , )� , ò. å. óñëîâíîé âåðîÿòíîñòè P X D X X E ( / )�2 2 1 1 � � . (29) Ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå èçëîæåííîãî ìåòîäà ïðèáëèæåííîãî âû÷èñ- ëåíèÿ èíòåãðàëà (1) äëÿ îöåíêè (29). Ïîäñòàâèì X X E1 0 1 � � â (5) è âûðàçèì V 1 ÷åðåç X E1 � : V T X E1 11 1 1 � � � . (30) Ïîñëå ïîäñòàíîâêè (30) â (29) ñ ó÷åòîì (6) ïðè X X 2 0 2 � ïîëó÷àåì P X D X X P T T X T V D E E ( / ) ( )� �2 2 1 1 21 11 1 1 22 2 2 � � � � � � . Ñëó÷àéíûé âåêòîð X T T X T V E2 21 11 1 1 22 2 * �� � � ÿâëÿåòñÿ ìíîãîìåðíûì íîðìàëü- íî ðàñïðåäåëåííûì âåêòîðîì ñ ìàòåìàòè÷åñêèì îæèäàíèì T T X E21 11 1 1 � � . Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷à âû÷èñëåíèÿ óñëîâíîé âåðîÿòíîñòè (29) ñâî- äèòñÿ ê çàäà÷å âû÷èñëåíèÿ ìíîãîìåðíîãî èíòåãðàëà (1), ðàçìåðíîñòü êîòî- ðîãî ðàâíà n m� , ò. å. ê ïðèìåíåíèþ ìåòîäà âû÷èñëåíèÿ ìíîãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ. Ðàñ÷åò âåðîÿòíîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê íàñëåäñòâåííûõ ïîãðåøíîñ- òåé ðåøåíèÿ ñèñòåì ëèíåéíûõ àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé (ÑËÀÓ). Ðàñ- ñìîòðèì çàäà÷ó àíàëèçà ïîêàçàòåëåé òî÷íîñòè ðåøåíèÿ ÑËÀÓ A X b� , (31) Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 33 ãäå A aij n �{ } 1 ; b b bn T � ( ,..., ) 1 ; X x xn T � ( ,..., ) 1 ïðè óñëîâèè, ÷òî êîýôôè- öèåíòû aij è bi ìàòðèöû A è âåêòîðà b çàäàþòñÿ ñ íåèçâåñòíûìè ïî- ãðåøíîñòÿìè � aij , i j n, , ...,�1 , è � bi , i n�1,..., . Âñëåäñòâèå ñóùåñòâîâàíèÿ ýòèõ ïîãðåøíîñòåé âåêòîð X ðåøåíèÿ (31) îòëè÷àåòñÿ îò âåêòîðà X X�� , êîòîðûé ìîæíî áûëî áû ïîëó÷èòü ïðè èçâåñòíûõ ÷èñëåííûõ çíà÷åíèÿõ âñåõ âåëè÷èí � aij è � bi . Âåêòîð X X�� îïðåäåëÿåòñÿ ðåøåíèåì ñèñòåìû óðàâíåíèé ( ) ( )A A X X b b� � � �� � � , (32) ãäå � �A aij n �{ } 1 ; � � �b b bn T � ( ,..., ) 1 ; � � �X x xn T � ( ,..., ) 1 . Îòëè÷èå âåêòîðà �X , ïîëó÷åííîãî èç ðåøåíèÿ (32), îò ïîëó÷åííîãî èç ðåøåíèÿ (31), íàçûâàåòñÿ âåêòîðîì íàñëåäñòâåííûõ èëè òðàíñôîðìèðî- âàííûõ ïîãðåøíîñòåé, êîòîðûå îáóñëîâëåíû ïîãðåøíîñòÿìè çàäàíèÿ èñ- õîäíûõ äàííûõ. Ïîãðåøíîñòè � aij è � bi ÿâëÿþòñÿ íåèçâåñòíûìè âåëè- ÷èíàìè, ïîýòîìó êîíêðåòíûå ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ âåêòîðà � X íåëüçÿ íàéòè ðåøåíèåì ñèñòåì (31) è (32). Òàêàÿ ñèòóàöèÿ âîçíèêàåò ïðàêòè÷åñêè âñåãäà ïðè êîíêðåòíûõ ðàñ÷åòàõ òåõíè÷åñêèõ, ýêîíîìè÷åñêèõ è äðóãèõ ñèñòåì. Ïðè ýòîì âåêòîð � X ìîæíî õàðàêòåðèçîâàòü òîëüêî âåðîÿòíîñò- íûìè ïàðàìåòðàìè, èñïîëüçóÿ âåðîÿòíîñòíûå ïàðàìåòðû âåëè÷èí � aij è � bi , èëè äåòåðìåíèðîâàííûìè îöåíêàìè. Ýòè õàðàêòåðèñòèêè ïîëó÷èì, çàïèñàâ âûðàæåíèå äëÿ âåêòîðà ïîãðåøíîñòåé � X â âèäå âû÷èòàíèÿ (31) èç (32): � � � � �X A b A X A X� � � �1 ( ), (33) ãäå A�1 — îáðàòíàÿ ìàòðèöà äëÿ A; X — âåêòîð ðåøåíèÿ èñõîäíîé ñèñòåìû (31) (ïðè ðàâíûõ íóëþ ïîãðåøíîñòÿõ � aij è � bi ). Ïðåíåáðåãàÿ â (33) âåëè÷èíàìè � �A X âòîðîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè, ò. å. îñòàâàÿñü â ðàìêàõ ëèíåéíîé òåîðèè òî÷íîñòè, ïîëó÷àåì óïðîùåííóþ çàâèñèìîñòü äëÿ âåêòî- ðà ïîãðåøíîñòåé ðåøåíèÿ � � �X A b A X� � �1 ( ) . (34) Äëÿ âåêòîðà (34) ïðè èçâåñòíûõ êîððåëÿöèîííûõ ìàòðèöàõ âåêòîðîâ � b è � A X îïðåäåëÿåòñÿ êîððåëÿöèîííàÿ ìàòðèöà K X�� ). Ýòî äàåò âîç- ìîæíîñòü, èñïîëüçóÿ èçëîæåííûé ìåòîä âû÷èñëåíèÿ ìíîãoìåðíûõ íîð- ìàëüíûõ èíòåãðàëîâ, íàéòè âåðîÿòíîñòü ïðèíàäëåæíîñòè âåêòîðà �X çàäàííîé îáëàñòè. Äåòåðìåíèðîâàííûå è âåðîÿòíîñòíûå îöåíêè äëÿ �X ïðèâåäåíû â ðàáîòàõ [11, 12]. Â. Ñ. Ãîäëåâñêèé 34 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2008. V. 30. ¹ 5 The method is described for approximate calculation of multidimensional normal integrals with large dimensionalities which is reduced to an approximation of the initial integral by a product of integrals of small dimensionality with account of all coefficients of the correlation matrix. The application of the method for the problems of probability calculation based on the nonparametric estimation of the distribution density and at indirect control of complex systems is considered. 1. Ñèíèöûí È. Í. Ôèëüòðû Êàëìàíà è Ïóãà÷åâà. — Ì. : Ëîãîñ, 2006. — 636 ñ. 2. Ìàðòûíîâ Ã. Â. Âû÷èñëåíèå ôóíêöèè íîðìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ // Òåîðèÿ âåðîÿò- íîñòåé. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà. Òåîðåòè÷åñêàÿ êèáåðíåòèêà. Ò.17 (èòîãè íàóêè è òåõíèêè).— 1979. — Ñ. 57—84, 3. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ. Ìåòîäû òî÷íîñòíîãî àíàëèçà è ñèíòåçà âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ è êîíòðîëÿ: Äèñ... ä-ðà òåõí. íàóê. — Êèåâ, 1980. — Ñ. 398. 4. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ., Çàâàðèí À. Í. Ñïîñîá ïðèáëèæåííîãî âû÷èñëåíèÿ ìíîãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ // Òî÷íîñòü è íàäåæíîñòü êèáåðíåòè÷åñêèõ ñèñòåì. Âûï. 4. — Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 1976. — Ñ. 30—34. 5. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ., Ãóáðåíþê Ò. À. Ê âû÷èñëåíèþ ìíîãîìåðíûõ íîðìàëüíûõ èíòåãðàëîâ â çàäà÷àõ àíàëèçà òî÷íîñòè ýëåêòðîííûõ ñõåì // Ýëåêòðîííûå öåïè, ïåðåäà÷à è îáðàáîòêà èíôîðìàöèè. — Êèåâ : Íàóê. äóìêà, 1979. — Ñ. 135—147. 6. Ïóãà÷åâ Â. Ñ. Òåîðèÿ ñëó÷àéíûõ ôóíêöèé. —Ì. : Ôèçìàòãèç, 1962. — 883 ñ. 7. Ãîëóá Äæ., Âàí-Ëîóí ×. Ìàòðè÷íûå âû÷èñëåíèÿ. — Ì. : Ìèð, 1999. — 548 ñ. 8. Âåíòöåëü Å. Ñ., Îâ÷àðîâ Ë. À. Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé è å¸ ïðèëîæåíèå. — Ì. : Âûñøàÿ øêîëà, 2007, — 496 ñ. 9. Øàïèðî È. È. Íåïàðàìåòðè÷åñêèå îöåíêè ïëîòíîñòè âåðîÿòíîñòè â çàäà÷àõ îáðà- áîòêè ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé // Çàðóáåæíàÿ ðàäèîýëåêòðîíèêà. — 1976. — ¹ 2. — Ñ. 3—36. 10. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ., Çàâàðèí À. Í. Ïðèìåíåíèå íåïàðàìåòðè÷åñêèõ îöåíîê äëÿ âû÷èñ- ëåíèÿ ìíîãîìåðíûõ èíòåãðàëîâ // Æóðíàë âû÷èñë, ìàòåìàò, è ìàòåìàò, ôèçèêè. — 1979. — ¹ 5. — Ñ. 1118—1126. 11. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ. Îá îäíîé îöåíêå òî÷íîñòè ðåøåíèé íåêîòîðûõ ñèñòåì ëèíåéíûõ àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé // Òàì æå. — 1973. — ¹ 1. — Ñ. 233—237. 12. Ãîäëåâñêèé Â. Ñ. Îá îöåíêàõ çàêîíîâ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîãðåøíîñòåé ðåøåíèé ñèñòåì ëè- íåéíûõ àëãåáðàè÷åñêèõ è îáûêíîâåííûõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé // Òàì æå. — 1974. — ¹ 5. — Ñ. 1083—1092. Ïîñòóïèëà 04.03.08 ÃÎÄËÅÂÑÊÈÉ Âèòàëèé Ñòàíèñëàâîâè÷, ä-ð òåõí. íàóê, âåä. íàó÷í. ñîòð. Èí-òà ïðîáëåì ìîäåëèðîâàíèÿ â ýíåðãåòèêå èì. Ã.Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû, äèðåêòîð ÌÏ «ÄÈÑÈÒ» ÍÀÍ Óêðàèíû.  1966 ã. îêîí÷èë Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëå- äîâàíèé — âû÷èñëèòåëüíûå ìåòîäû â òåîðèè òî÷íîñòè è ìîäåëèðîâàíèå òåõíè÷åñêèõ ñèñòåì, äèàãíîñòèêà òðóáîïðîâîäíûõ ñèñòåì. Ìåòîä áûñòðîãî ðàñ÷åòà âåðîÿòíîñòåé äëÿ âåêòîðîâ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2008. Ò. 30. ¹ 5 35