Obrabotal dannye tret'ego plana mnogofaktornogo planirovaniya i poluchil opyat' rezul'taty,
kotorye pozvolyayut sdelat' tol'ko odin vyvod skorost' rasprostraneniya gravitacii dolzhna
byt' bol'she chem 200 skorostei sveta. Eto menya zastavilo zadumat'sya o tom vse li u menya v
poryadke s teoreticheskim obosnovaniem etogo moego issledovaniya, t.k., provodya ranee podobnye
issledovaniya, ya obychno za dva shaga uverenno prihodil v oblast' optimuma, a zdes' sdelal tri
shaga i optimuma ne vidno. I ya stal dazhe zadumyvat'sya o tom, chto mozhet byt' metody
mnogofaktornogo planirovaniya po tomu kriteriyu optimizacii, chto ya ispol'zuyu, ne ochen'
podhodyat dlya etogo. Ved' do etogo issledovaniya, esli ne schitat' sluchaya po optimizacii
koefficientov v formule Planka, ya optimiziroval parametry sistem po otkliku sistemy, a ne po
raznice mezhdu otklikom i zadannym optimal'nym znacheniem (v nashem sluchae v formule (3),
kotoruyu ya privodil vyshe, mezhdu raschetnymi, t.e. poluchennymi pri vychislitel'nom eksperimente
na modeli, YRas(I, J, U) i nablyudaemymi YNab(I, J) znacheniyami vekovyh smeshenii v U-om
eksperimente dlya I oi planety i J-go parametra). V dal'neishem etot kriterii ya budu nazyvat'
dY v protivoves kriteriyu Y, kotoryi obychno primenyaetsya pri mnogofaktornom planirovanii, i
gde, pri provedenie naturnyh eksperimentov, Yu0(U)= YNab(U), a, pri provedenie
vychislitel'nyh eksperimentov, Yu0(U)= YRas(U).
Yu0(U) = SUMi,j ( kVesa(I, J) * Abs
((YRas(I, J, U) - YNab(I, J)) / YNab(I, J)) / 100) (3)
Voobshe to v knige
S.V.Mel'nikov, V.R.Aleshkin, P.M.Roshin Planirovanie eksperimenta v issledovaniyah
sel'skohozyaistvennyh processov L. Kolos 1980 na str. 45 dlya rascheta kompleksnogo kriteriya
privoditsya formula podobnaya moei formule (3). Tam tol'ko ispol'zuetsya ne absolyutnoe znachenie
otnositel'noi raznosti mezhdu otklikom sistemy i optimal'nym znacheniem, a kvadrat etoi
raznosti, t.e. kriterii dY^2, no, kak pishut avtory, eto delaetsya tol'ko dlya togo, chtoby
raznost' byla vsegda polozhitel'noi. Ya zhe v svoei formule ispol'zoval absolyutnoe znachenie
etoi raznicy, t.e. principial'nyh otlichii ot ih formuly u menya net i, sledovatel'no, ya mogu
smelo ispol'zovat' svoi kriterii optimizacii dY dlya optimizacii parametrov Solnechnoi
sistemy. No odno delo, chto u nih tam napisano, a drugoe delo to, chto ya vizhu. Da i moi
sobstvennyi opyt s koefficientami v formule Planka (1t) ne ochen' pokazatel'nyi, t.k.
optimiziroval ya tam tol'ko 3 koefficienta, a 4-yi faktor (temperatura izlucheniya) mnoyu
prinuditel'no zadavalsya dlya povysheniya kachestva informacii pri provedenie vychislitel'nyh
eksperimentov po pochti D-optimal'nomu planu Boksa dlya chetyreh faktorov. K tomu zhe vtoroi
koefficient (pokazatel' stepeni pri chastote izlucheniya v) mne nado bylo ne stol'ko
optimizirovat', skol'ko podtverdit', chto on raven 3, kak eto sledovalo iz formuly Vina.
Takim obrazom, ya po bol'shomu schetu optimiziroval tol'ko 2 parametra (faktora) i,
sledovatel'no, u menya mogli byt' tol'ko dvoinye smeshannye vzaimodeistviya, a eto prekrasno
vosproizvoditsya polinomom 2-oi stepeni (2), kotoryi ya poluchayu posle obrabotki dannyh
vychislitel'nyh eksperimentov.
A kto mozhet otvetit' na vopros est' li v nashei
sisteme, kotoruyu my issleduem, smeshannye vzaimodeistviya vyshe parnyh, t.e. troinye ili
chetvernye. A mozhet byt' dazhe est' i ne tol'ko lineinye vzaimodeistviya, no i kvadratichnye. K
sozhaleniyu, otvetit' na eti voprosy nikto ne mozhet. Da, navernoe, nikto ne smozhet otvetit' i
na to, kak eto skazhetsya na opisanie poverhnosti otklika pri takih usloviyah. Po etomu, ya na
vsyakii sluchai (ne ochen' doveryaya vsemu, chto napisano v uchebnikah) reshil provesti malen'koe
issledovanie po optimizacii po kriteriyam dY i dY^2 parametrov prosteishih matematicheskih
vyrazhenii, kotorye budut imitirovat' povedenie razlichnyh sistem. I pervym delom ya reshil
vzyat' chut' li ne samyi slozhnyi sluchai s chetvernym vzaimodeistviem, gde vdobavok odno
vzaimodeistvie eshe i ne lineino, t.e. vsem Vam izvestnyi zakon tyagoteniya N'yutona (3t) i
poprobovat' optimizirovat' ego parametry. V principe, my mozhem s zakonom tyagoteniya provesti
i naturnye eksperimenty. Pravda, ne s samim zakonom tyagoteniya dlya mass, a s zakonom
tyagoteniya dlya zaryadov (zakon Kulona), gde dazhe analog gravitacionnoi postoyannoi mozhem
izmenyat', raspologaya razlichnye dielektriki mezhdu zaryadami. No rech' seichas idet ne o tom,
mozhem li my vosproizvesti eksperimenty na real'nom ob'ekte ili na ego modeli, a o tom, mozhem
li my, uzhe dazhe znaya analiticheskuyu formulu, otrazhayushuyu otklik sistemy na nashi vozdeistviya na
nee, chisto s matematicheskoi tochki zreniya poluchit' optimal'nye znacheniya sistemy po
primenennomu mnoyu kriteriyu dY, t.e. po raznice mezhdu otklikom sistemy i izvestnym
optimal'nym znacheniem.
Mozhet vozniknut' vopros a zachem voobshe nado provodit'
issledovaniya dlya polucheniya approksimacii (2), esli u nas uzhe est' analiticheskaya formula
zakona tyagoteniya. A zatem, chto, my seichas prosto proveryaem na chto sposobny metody
mnogofaktornogo planirovaniya, chtoby zaranee znat', chto ot nih ozhidat'. Ved' kogda my
issleduem kakuyu to slozhnuyu sistemu, to nam nado provodit' naturnye ili vychislitel'nye
eksperimenty, chtoby poluchit' hotya by uravnenie regressii (2), t.k. nikakie analiticheskie
vyrazheniya dlya kriteriya optimizacii pri issledovanie samogo ob'ekta nam ne izvestny voobshe, a
analiticheskaya formula, po kotoroi vychislyaetsya kriterii optimizacii v modelyah ob'ekta, dazhe
esli i udastsya takuyu poluchit' v razvernutom vide, mozhet umestit'sya tol'ko na desyatkah ili
sotnyah stranic, chto delaet ee ne prigodnoi dlya analiticheskih metodov optimizacii. A
uravnenie regressii (2), t.e. polinom 2-go poryadka, kotoryi my poluchaem pri mnogofaktornom
planirovanii, ochen' udoben dlya etogo i po etomu my i postaraemsya ego poluchit' po kriteriyu dY
dlya testiruemyh sistem. A t.k. v programme Solsys5 u menya po formule (3) rasschityvaetsya
znachenie kompleksnogo kriteriya optimizacii (celevoi funkcii) v kazhdom iz 24 eksperimentov, a
otklik sistemy v nashih testovyh primerah opredelyaetsya ne po kompleksnomu kriteriyu, to my
mozhem, dlya optimizacii parametrov po kriteriyu dY v testovyh vyrazheniyah (3t10t), formulu (3)
uprostit' do vyrazheniya (4)
Yu0(U) = Abs((YRas(U) - Yopt) / Yopt) (4)
Gde: Yu0
(U) otnositel'naya raznica mezhdu raschetnym YRas(U) i optimal'nym Yopt znacheniem otklika
sistemy, povedenie kotoroi imitiruet odna iz formul (3t10t), v U-om eksperimente.
Rezul'taty optimizacii parametrov v formule tyagoteniya, po primenennomu mnoyu kriteriyu
optimizacii dY, poluchilis' udruchayushie, t.k. approksimaciya kriteriya optimizacii, poluchennym
uravneniem regressii (2), ne lezla ni v kakie vorota. Da Vy sami vzglyanite na poluchennye
znacheniya kriteriya optimizacii dY s ispol'zovaniem formuly zakona tyagoteniya (3t) i eti zhe
znacheniya po poluchennomu uravneniyu regressii (2) na nizheprivedennom risunke (verhnyaya chast'
risunka), gde malen'kie sinie kruzhki eto kriterii optimizacii rasschitannyi s ispol'zovaniem
formuly (3t) dlya vyrazheniya (3) v 24 eksperimentah plana Boksa (nomer sootvetstvuet
abscisse), a bol'shie sinie kruzhki eto kriterii optimizacii, rasschitannyi po uravneniyu
regressii (2), dlya teh zhe znachenii parametrov, chto i v sootvetstvuyushem eksperimente. Pri
etom vse faktory X1 X4, pri vypolnenie plana Boksa, na nulevom urovne byli ravny edinice,
a intervaly ih var'irovaniya byli 0,5, a znachenie Yopt bralos' ravnym 1, t.e. ya prinimal, chto
optimal'nye znacheniya parametrov X1 X4 v formule (3t) ravny 1 i poluchalos', chto Yopt =
1*1*1/1=1. Dlya menya takoi rezul'tat approksimacii byl bol'shoi neozhidannost'yu, t.k. ranee v
svoei knige ya sam zakon tyagoteniya, t.e. po kriteriyu Y, approksimiroval uravneniem (2) i
nikakih problem po kachestvu approksimacii togda ne bylo. Ya tut zhe approksimiroval
poluchennye znacheniya Yu0(U) polinomom (2) i po kriteriyu Y i vyyasnilos', chto na etot raz u
menya poluchilis' znachitel'nye pogreshnosti v approksimacii (sinie malen'kie i bol'shie kruzhki
na nizhnei chasti risunka).
Yu = k0 + k1*X1 + k2*X2 + k3*X3 + k4*X4 +
+ k5*X1*X2 +
k6*X1*X3 + k7*X1*X4 + k8*X2*X3 + k9*X2*X4 + k10*X3*X4 +
+ k11*X1^2 + k12*X2^2 +
k13*X3^2 + k14*X4^2 (2)
gde Yu (ili dYu ili dYu^2) kriterii optimizacii, kotoryi nado
minimizirovat', X1 X4 - optimiziruemye parametry, a k0 k14 koefficienty, kotorye my
poluchaem metodom naimen'shih kvadratov pri statisticheskoi obrabotke znachenii Yu0(U)
poluchennyh v 24 eksperimentah pri raznyh znacheniyah parametrov X1 X4.
http://ser.t-k.ru/Ris/3t_Y_dY.gif (zerkalo
http://modsys.narod.ru/Ris/3t_Y_dY.gif)
Stal razbirat'sya v chem delo i vyyasnil, chto kogda ya ranee approksimiroval zakon
prityazheniya, to zadaval intervaly var'irovaniya parametrov primerno 20%, a seichas zadal ih
50%. Umen'shil interval var'irovaniya do 20% i na sei raz opyat' poluchil prilichnyi rezul'tat
(chernye kruzhki), t.e. poluchaetsya, chto vse delo ne v samom kriterii optimizacii, a v
intervalah var'irovaniya, tem bolee, chto pri intervalah var'irovaniya 80% (zelenye kruzhki),
rezul'tat poluchilsya eshe huzhe, chem pri 50%. I po kriteriyu dY (v verhnei chasti risunka) tozhe
poluchaetsya, chto, chem bol'she interval var'irovaniya, tem huzhe approksimaciya eksperimental'nyh
dannyh, no zdes' uzhe ne vse tak odnoznachno, t.k. poluchaetsya, chto i pri intervale
var'irovaniya 20% approksimaciya eksperimental'nyh dannyh poluchaetsya ne na mnogo luchshe. Po
etomu ya reshil prodolzhit' issledovanie s ispol'zovaniem drugih matematicheskih vyrazhenii
imitiruyushih povedenie sistemy.
YRas(U) = X1*v^X2* exp(-X3*v/X4) (1t)
YRas(U) = u
(2t)
YRas(U) = X1 * X2 * X3 / X4^2 (3t)
YRas(U) = X1^2 * X2^2 (4t)
YRas(U) =
X1 * X2 * X3 * X4 (5t)
YRas(U) = X1 + X1^2 (6t)
YRas(U) = X1 + X2 + X3 + X4 (7t)
YRas(U) = X1*X2 + X1*X3 + X1*X4 + X2*X3 + X2*X4 + X3*X4 (8t)
YRas(U) = X1^2 +
X2^2 + X3^2 + X4^2 (9t)
YRas(U) = X1 + X2 + X3 + X4 + X1^2 + X2^2 + X3^2 + X4^2
+
+ X1*X2 + X1*X3 + X1*X4 + X2*X3 + X2*X4 + X3*X4 (10t)
Pri provedenie
vychislitel'nyh eksperimentov po vsem etim vyrazheniyam ya prinimal, chto optimal'nye znacheniya
vseh parametrov v etih formulah ravny edinice i nahodil snachala optimal'noe znachenie otklika
sistemy Yopt, a zatem zadaval v sootvetstvie s planom razlichnye znacheniya parametrov X1 X4
i, vychisliv znachenie YRas(U), nahodil znachenie kriteriya optimizacii v U-om eksperimente.
Znachenie kriteriya Y ya bral ravnym YRas(U), kriteriya dY ya vychislyal po formule (4), a kriterii
dY^2 opredelyal vozvedya kriterii dY v kvadrat. Zatem, obrabotav dannye po 24 znacheniyam etih
kriteriev Yu0(U), ya poluchal koefficienty k0 k14 dlya approksimacii (2) po kotoroi vychislyal
znachenie Yu dlya teh zhe znachenii parametrov X1 X4, chto byli v 24 eksperimentah po planu
eksperimenta, i sravnival ih s 24 znacheniyami Yu0(U). A po rezul'tatam sravneniya ya vystavlyal
ocenku pochti D-optimal'nomu planu Boksa po kachestvu approksimacii eksperimental'nyh dannyh
vyrazheniem (2) po razlichnym kriteriyam optimizacii. Sravnenie ya provodil graficheski opredelyaya
popalo li znachenie Yu0(U), kotoroe na privedennyh vyshe risunkah otrazheno v 24 eksperimentah
malen'kimi kruzhkami, vnutr' bol'shogo kruzhka otrazhayushego znachenie Yu. Pri etom graficheskii
masshtab dlya vyvoda dannyh vybiralsya tak, chtoby vse dannye ot minimal'nogo do maksimal'nogo
znacheniya po ordinate ukladyvalis' v intervale ot 1 do 7 santimetrov. A ocenki kachestvu
approksimacii znachenii kriteriev optimizacii Y, dY i dY^2, poluchennyh po planu Boksa
polinomom (2), ya proizvodil po pyatibal'noi shkale, opredelyaya nailuchshuyu ocenku po naihudshim
rezul'tatam, a zatem, poluchennye rezul'taty, oformil v vide tablicy. Kriterii ocenok byli
takimi
5 ballov vse 24 malen'kih kruzhka, t.e. znacheniya Yu0(U), nahodyatsya vnutri
sootvetstvuyushego bol'shogo kruzhka, centr kotorogo sootvetstvuet ordinate znacheniya Yu. Pri
etom diametr bol'shogo kruzhka v dva raza bol'she diametra malen'kogo.
4 balla - vse 24
malen'kih kruzhka ili nahodyatsya vnutri bol'shih kruzhkov ili hotya by kasayutsya ego s naruzhnoi
storony. Pri etom ya takzhe ukazyvayu v tablice, ryadom s ocenkoi, v znamenatele kolichestvo
eksperimentov, po kotorym byla vystavlena eta naihudshaya ocenka. Tak, esli v 23 sluchayah
malen'kie kruzhki nahodyatsya vnutri bol'shih, a v odnom sluchae malen'kii kruzhok peresekaetsya s
bol'shim ili kasaetsya ego s naruzhnoi storony, to budet ukazana ocenka 4/1.
3 balla
esli vse malen'kie kruzhki nahodyatsya hotya by na rasstoyanie 1-go diametra bol'shogo kruzhka ot
ego okruzhnosti. Pri etom, esli 20 malen'kih kruzhkov nahodyatsya vnutri bol'shih, 1 kruzhok
peresekaetsya s bol'shoi okruzhnost'yu, a tri malen'kih kruzhka nahodyatsya na rassto