научная статья по теме ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ НЕПОЛНЫХ ДАННЫХ Метрология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ НЕПОЛНЫХ ДАННЫХ»

519.24/.27.004.15

Оценка показателей эффективности при неполных данных

А. К. ШИШОВ

Рассмотрен метод оценки показателей эффективности при измерении комплексных технологических параметров при неполных данных, представленных моментами стареющего распределения.

Ключевые слова: показатель эффективности, измеряемый параметр, стареющее распределение, моменты распределения.

Effectiveness indecies evaluation method of measurement of complex technological parameters at incomplete data represented by posttest distribution moments is considered.

Key words: effectiveness index, measured parameter, posttest distribution, distribution moments.

При измерении комплексных технологических параметров в ряде случаев представляет интерес оценка показателей эффективности вида

W = Р{у > (< ) утр}.

(1)

Здесь IV — показатель эффективности; Р — вероятность того, что измеряемый параметр у, который, как правило, до проведения измерений рассматривают как случайную величину, будет не ниже заданного уровня утр. Обычно утр считают детерминированной постоянной величиной. Однако в некоторых случаях его можно рассматривать как случайную величину [1], например, если у — уровень стойкости системы к воздействию «агрессивной среды», утр — уровень воздействия агрессивной среды на систему; если у — уровень защиты информации, утр — уровень возможных несанкционированных действий по нарушению целостности и сохранности информации.

Далее будем рассматривать величины у и утр как случайные, и выражение (1) примет следующий вид [2]:

w = P (у > У тр )= J G (t) dF (t),

(2)

где G(t) — функции распределения случайных величин у и утр, соответственно.

Обозначим Р0 множество функций распределения с заданными моментами т1, т2, ..., тк:

Ро = {Р((): ]t1 сР(() = т,; / = 1,2,..., к}.

В качестве оценок моментов распределения т(. могут быть использованы, например, их точечные оценки [2]:

п

т, = ± У г ■; / = 1,2,..., к.

I п ^ ]' 1 = 1

В настоящее время известно большое число методов, которые позволяют находить оценки показателя эффективности, представляющего собой вероятностный функционал вида (1) при условии, что утр — неслучайная величина. Об-

зор их при функции распределения известной до моментов, приведен в [3, 4] .

В основе этих методов лежит следующая теорема [5—7]: минимум функционала

J = J c (t) dF (t)

достигается на множестве функций распределения Р0 при непрерывной подынтегральной функции с(^, имеющей к +1 неотрицательную производную, и в классе ступенчатых функций распределения, определяемых таким образом:

при к = 2^ - 1 функция распределения имеет V точек роста 0 < ^ < ^ < ...< ^ < причем для этих точек справедливо соотношение

т, = У 11Р1; / = 0,1,..., к; Ро = 1, (3)

1=1

где Ру — величина роста функции распределения в точке ty ;

при к = 2v функция распределения имеет V +1 точек роста ^ = 0 < t1 < ^ < ... < ^ < для них также справедливо соотношение (3).

Однако оценки, полученные с помощью последнего результата, являются в некоторых случаях заниженными, в частности, пусть утр — постоянная величина, тогда известна следующая нижняя оценка для вероятности Р(у < утр) [8]:

P (Утр ) =

при Утр = 0;

(m1- Утр )2

m2 - 2mi Утр + У тр 0

при 0<Утр<mi; (4) при Утр> mi.

Соотношение (4) дает заниженные оценки, кроме того, для показателя эффективности вида (2) в общем случае условие неотрицательности (к + 1)-й производной функции распределения G(t) не выполняется.

Однако оценки показателя эффективности вида (2) могут быть уточнены за счет дополнительной информации о

7—2800

E

функциях распределения F (?) и G(f), например, информации об изменениях случайной величины у во времени. Для многих технических систем естественной является гипотеза о том, что система, проработавшая определенное время, обладает в среднем худшими вероятностными характеристиками по сравнению с совершенно новой системой. К сожалению, жизнь человека и всех живых существ — пример стареющего распределения.

Пусть F(f) есть функция стареющего распределения с заданными моментами; х, ? — случайная и детерминированная величины. Функция распределения случайной величины у = х - ? - Ft Класс функций распределения F(u), для которых Ft не убывает по ? при любом s, называют классом стареющих распределений [9].

Задача оценивания показателя эффективности в данном случае сводится к следующей: найти такую оценку показателя эффективности, что

J = тт Г G (() с^ ((), F (Т) eFs¿

(5)

где Fs — класс стареющих распределений с заданными моментами.

Рассмотрим решение сформулированной задачи. Правую часть соотношения (5) можно переписать в виде

Г G (() с^ (() = 1 -Г F (() сЮ ((),

Е Е

и вместо задачи, определяемой соотношением (5), найти

J = 1 - тах Г F (() сЮ ((). F (Т) eFsE

Очевидно, что

J = 1 - тах Г F (?) СЮ (?) = тт Г ехр(-Л(?)) ¿Ю (?), F (Т) eFsE F (Т) eFsE

где Л(?) = -1п(1 - F (?)).

Важнейшая особенность стареющего распределения состоит в том, что Л(?) является выпуклой функцией. В [10] доказано, что для любой выпуклой функции Л(?) существует линейная кусочно-выпуклая функция №•(?), такая, что F(w(f)) е Fs, и если F(f)е Fs и F(w(f)) е Fs, а д(?) — невозрастающая функция, то

Гехр(-^(())д(()С? < Гехр(-Л(())д(()Л.

Е Е

Данный результат позволяет находить оценки показателя эффективности при стареющей функции распределения, известной до моментов. Пусть функция распределения слу-

чайной величины у — стареющая и известна до первого момента т и существует плотность распределения случайной величины утр, которая является невозрастающей функцией, тогда нижняя оценка показателя эффективности определяется соотношением

J = Г ехр{^ / т) д () сН.

(6)

Если распределение случайной величины утр — равномерное в интервале [а, Ь], то нижняя оценка показателя эффективности

J = т / (Ь - а) (оценка верна при т < Ь - а).

При экспоненциальном распределении д(?) =ехр(-?/д )/д случайной величины утр нижняя оценка показателя эффективности

J = т / (т + д).

Таким образом, использование предложенного подхода (соотношения (6)) позволяет находить оценки показателей эффективности в виде вероятности того, что измеряемый комплексный технологический параметр будет не ниже заданного уровня при условии, что функция распределения комплексного технологического параметра относится к классу стареющих распределений, известных до моментов.

Л и т е р а т у р а

1. Петухов Г. Б. Теоретические основы и методы исследования эффективности оперативных целенаправленных процессов. — Л.: Изд-во ВИКА им. А. Ф. Можайского, 1979.

2. Боровков А. А. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1976.

3. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. — М.: Сов. радио, 1969.

4. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. — М.: Наука, 1985.

5. Ахиезер Н. И. Классическая проблема моментов. — М.: Физматгиз, 1961.

6. Карлин С., Стадден В. Чебышевские системы и их применение в анализе и статистике. — М.: Наука, 1976.

7. Крейн М. Г., Нудельман А. А. Проблема моментов Маркова и экстремальные задачи. — М.: Наука, 1976.

8. Ломакин М. И. // Известия АН СССР. Автоматика и телемеханика. — 1990. — № 1. — С. 154.

9. Беляев Ю. К. Статистические методы обработки неполных данных о надежности изделий. — М.: Знание, 1987.

10. Ломакин М. И. Экстремальные оценки показателей качества систем в классе распределений с заданными моментами. — М.: Изд-во ВПА им. В. И. Ленина, 1989.

Дата одобрения 26.12.2005 г.

о

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком