概率論與數理統計在環境工程中的應用

2022-10-13 10:54:07 字數 2018 閱讀 6219

環境工程1201 張麗琴 6號邱婭君 2號馮趙雲 1號

以前無論是學習高數、線性代數或是概率論,很多人都覺得學這些沒什麼用,我也是其中之一,因為不了解以後的專業是否會用到這些知識,但通過這次資料的查詢,我們認識到原來數學在環境應用中有如此重要的地位。

概率論與數理統計在環境工程方面的應用有很多:環境統計學與matlab、環境應用數學、環境統計分析、環境統計應用、資源環境數學模型等。環境的理論和實踐對統計資訊的需求急劇增加,對統計分析額理論和方法提出了更高的要求。

在自然呢、社會與環境關係的基礎上,用統計的方法對環境予以量化分析已成為環境工程工作者的迫切需要。

概率論與數理統計這門學科可以看成是概率和統計兩部分。

隨機事件是乙個變數,這個變數呈現出怎樣的數學特徵,或者說某一時間的某一結果的程度應該用什麼樣的數字來估計呢?為說明這個問題,人們曾做夠打量的實驗,最著名的實驗就是破硬幣實驗告訴我們,在實驗中描述事件發生某一結果的程度的大小,即概率,常用頻率來估計。如某監測站對某江段含酚進行監測,隨機抽取10個水樣,分析結果加入有3個水樣含酚,另7個水樣未檢測出酚,這樣我們得到這個斷面的含酚率是0.

3,即相當於每抽取100個水樣進行分析,大約會有30個水樣出現含酚的結果。另外,由於它是隨機變數,實際出現含酚的結果也不可能正好是30次,也許是31次、32次、229次等等。但可以肯定,隨著化驗次數得到增加,頻率即含酚的結果越來越接近0.

3,這個0.3就是我們要求的某江段含酚的概率,限時整改率就是某一事件發生的穩定值。

數理統計是應用廣泛的乙個數學分支,它是以概率論為基礎的科學,它根據試驗或觀察得到的資料,運用科學的方法,對研究物件的客觀規律性作出種種合理的估計和判斷。環境統計學的產生與發展使人能夠利用數理統計方法處理或解決環境問題中的不確定性問題,使其定量化,其中包括尋找變數之間的定了關係、從資料中發現環境趨勢、探索環境系統變化規律。為了能深刻理解和分析環境資料的數量特徵和內在關係,需要我們首先掌握數理統計的基礎知識,比如我們剛學不久的四種重要的概率分布、引數估計、引數假設檢驗等。

應用在實際中,如土壤中的某些汙染物、重金屬的分布、大氣中若干種微粒的濃度分布、監測值的誤差分析等均服從正態分佈或接近正態分佈或取對數後服從正態分佈。分布,t分布、f分布是統計推斷中經常碰到的另三種分布。研究汙染物在環境中的分布規律已經是當前環境工程研究中的重要話題之一。

環境工程作為一門綜合性學科,涉及各個領域,它所研究的的內容不僅限於資料的統計分析、工業汙水治理、區域性環境質量評價,而且隨著電子計算機的迅速發展和應用,它在環境中的最優化問題上也取得了一定的成果。然而,無論從哪個角度提出問題,都離不開數學方法去解決它,這些數學方法可概括基礎數學、工程數學、計算數學、概率數理統計等幾大部分

下面介紹概率數理統計在環境中的應用

測得某批水樣中汙染物資料見下表,如果水養的測值是服從正態分佈的隨機變數,試求(設水樣來自同一汙染源)

(1)水樣測值的數學期望及均方差的無偏估計的置信區間

(2)水樣測值的數學期望以0.99及0.999位於其中的置信區間

(3)水樣測值的均方差以0.96及0.98位於其中的置信區間

某水樣測量值mg/l

解(1)根據監測資料,有

因為水樣測值服從正態分佈,所以

(2)因為,

由t分布查得,當k=n-1=15,,因此有

所以置信區間為(12.075-0.0354)< (12.075+0.0354)即12.039<<12.111

當=0.999時, =4.07

故12.026<<12.124

(3)因為,給定=0.96及自由度 15

如計算,得

由,得根據線性插值法,得

又因,得

因,得根據線性插值法,得

所以0.037<<0.075

綜上可見概率論與數理統計以及其他數學學科對於我們專業來說的的重要性,也讓我們了解了概率論與數理統計在環境中的應用,學習這門課不僅僅是學習其中的內容,也交會我們如何將現實問題與理論相結合,找到科學有效的解決方法,培養了我們的思維邏輯能力。在今後的環境保護及建設工作中,我們常常會遇到許多複雜的問題,需要我們應用在大學所學的知識以及自學的知識去解決它們。所以,除了專業課,這些基礎課程也要學好才能為將來的工作打下堅實的基礎。

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