25520-1 (Объекты нечисловой природы), страница 2

имеем ,

= 1,

= 0, т.е.

. Такое бинарное отношение в статистике называют ранжировкой со связями [50]; связанными считаются объекты, входящие в один класс эквивалентности. В литературе встречаются и другие названия: линейный квазипорядок [51], упорядочение [52,гл.2], квазисерия [53, с.37]. Если каждый из классов эквивалентности состоит только из одного элемента, то имеем обычную ранжировку (другими словами, линейный порядок).

Как известно, ранжировки возникают в результате измерений в порядковой шкале. Так, при описанном выше опросе ответ выпускника школы - это ранжировка (со связями) профессий по привлекательности. Ранжировки часто возникают и непосредственно, без промежуточного этапа - приписывания объектам квазичисловых оценок - баллов. Многочисленные примеры тому даны М.Кендэлом [50]. При оценке качества промышленной продукции нормативные методические документы предусматривают использование ранжировок [44].

Для прикладных областей, кроме ранжировок и разбиений, представляют интерес толерантности, т.е. рефлексивные симметричные отношения [54]. Толерантность - математическая модель для выражения представлений о сходстве (похожести, близости). Разбиения - частный вид толерантностей. Однако в общем случае толерантность не обязана быть транзитивной. Необходимость использования толерантностей показана Э.Борелем при обсуждении физической непрерывности согласно Пуанкаре [55, с.88-91]. Толчок к более подробному изучению толерантностей дали исследования деятельности мозга [56]. Толерантности появляются и в других постановках, например, как результат парных сравнений (см.ниже).

Напомним, что любое бинарное отношение на конечном множестве может быть описано матрицей из 0 и 1.

Дихотомические данные.

Это данные , которые могут принимать одно из двух значений (0 или 1), т.е. результаты измерений альтернативного признака. Как уже было показано, измерения в шкале наименований и порядковой шкале приводят к бинарным отношениям, а те могут быть выражены как результаты измерений по нескольким альтернативным признакам, соответствующим элементам матриц, описывающих отношения. Дихотомические данные возникают в прикладных исследованиях и многими иными путями.

В настоящее время в большинстве стандартов на конкретную продукцию предусмотрен контроль по альтернативному признаку. Обширные теоретические исследования проблем статистического приемочного контроля по альтернативному признаку [57,58]. Основополагающими в этой области являются работы А.Н.Колмогорова [59,60]. Подход советской вероятностно-статистической школы к проблемам качества продукции по альтернативному признаку означает, что единица продукции относится к одной из двух категорий - "годных" или "дефектных", т.е. соответствующих или не соответствующих требованиям стандарта.

Дихотомические данные - давний объект математической статистики (см., например, [62, гл.33]) Особенно большое применение они имеют в медико-биологических [46] и социологических [63] исследованиях, в которых большинство переменных, интересующих специалистов, не может быть измерено ( в настоящее время!) по количественным шкалам. При этом дихотомические данные зачастую являются более адекватными, чем результаты измерений по методикам, использующим большее число градаций. В частности, психологические тесты типа MMPI [45] используют только дихотомические данные. На них опираются и методы парных сравнений [64].

Элементарным актом в методике парных сравнений является предъявление эксперту для сравнения двух объектов ( сравнение может проводиться также прибором). В одних постановках эксперт должен выбрать из двух объектов лучший по качеству, в других - ответить, похожи объекты или нет. В обоих случаях ответ эксперта можно выразить одной из двух цифр - 0 или 1. В первой постановке: 0, если лучшим объявлен первый объект; 1 - если второй. Во второй постановке: 0, если объекты похожи, схожи, близки; 1 - в противном случае.

Подводя итоги изложенному, можно сказать, что рассмотренные выше данные представимы в виде векторов из 0 и 1 ( при этом матрицы, очевидно, могут быть записаны в виде векторов). С.А.Айвазян [65] предлагает "унифицированную форму записи наблюдений", в которой любые виды результатов записываются в виде векторов из 0 и 1. Представляется, что это предложение имеет скорее академический интерес, но во всяком случае можно констатировать, что анализ дихотомических данных необходим во многих прикладных постановках.

Множества

Совокупность векторов X = (

) из 0 и 1 размерности n находится во взаимно-однозначном соответствии с совокупностью

всех подмножеств множества N = {1, 2, ..., n}. При этом вектору X = (

) соответствует подмножество N(X)

N, состоящее из тех и только из тех i, для которых

= 1. Это объясняет, почему изложение вероятностных и статистических результатов, относящихся к анализу данных, являющихся объектами нечисловой природы перечисленных выше видов, велось [37, гл.4] на языке конечных случайных множеств.

Множества как исходные данные появляются и в иных постановках. Из геологических реалий исходил Ж.Матерон [66], из электротехнических - Н.Н.Ляшенко [67] и др. Случайные множества применялись для описания процесса случайного распространения, например распространения эпидемии или пожара[68, 69, 70] , а также в математической экономике [71]. Много работ связано с изучением случайных геометрических объектов - точек, прямых, кругов, мозаик и т.д. (обзор по состоянию на 1969г. дан а работе [72]). В работе [37, §4.6, §5.6] рассмотрены приложения случайных множеств в теории экспертных оценок и в теории управления запасами и ресурсами.

Отметим, что реальные объекты можно моделировать случайными множествами как из конечного числа элементов, так и из бесконечного, однако при расчетах на ЭВМ неизбежна дискретизация, т.е. переход к первой из названных возможностей.

Нечеткие множества

Пусть A - некоторое множество. Подмножество B множества A характеризуется своей характеристической функцией

(4)

Нечеткое подмножество множества

характеризуется своей функцией принадлежности .

. имеет вид (4) при некотором

, то

есть обычное (четкое) подмножество A.

Обычное подмножество можно было бы отождествить с его характеристической функцией. Этого не делают, поскольку для задания функции (в ныне принятом подходе) необходимо сначала задать множество. Нечеткое же подмножество с формальной точки зрения можно отождествить с его функцией принадлежности. Однако термин "нечеткое подмножество" предпочтительнее при построении математических моделей реальных явлений.

Начало современной теории нечеткости положено статьей Л.А.Заде в 1965г [73]. К настоящему времени по этой теории опубликованы тысячи книг и статей, издается несколько международных журналов, выполнено достаточно много как теоретических, так и прикладных работ. Из публикаций на русском языке, кроме перевода монографии Л.А.Заде, назовем книги С.А.Орловского [75], В.Б.Кузьмина [76], а также работы [77-80].

Л.А.Заде рассматривал теорию нечетких множеств как аппарат анализа и моделирования гуманистических систем, т.е. систем, в которых участвует человек [81, с.6]. Его подход "опирается на предпосылку о том, что элементами мышления человека являются не числа, а элементы некоторых нечетких множеств или классов объектов, для которых переход от "принадлежности" к "непринадлежности" не скачкообразен, а непрерывен " [81, с.7]. В настоящее время методы теории нечеткости используются почти во всех прикладных областях, в том числе при управлении качеством продукции и технологическими процессами. Популярный обзор прикладных возможностей теории нечеткостей дан в работах [43, 82].

Пусть и

- два нечетких подмножества

с функциями принадлежности

и

соответственно. Пересечением

, произведением

, объединением

, отрицанием

, суммой

называются нечеткие подмножества

с функциями принадлежности

соответственно.

Свойства введенных операций над нечеткими множествами и их связь с операциями над обычными множествами обсуждаются в работах [37,43].

Объекты нечисловой природы как статистические данные

В математической статистике наиболее распространенный объект изучения - выборка т.е. совокупность результатов

наблюдений. В различных областях статистики результат наблюдения - это или число, или конечномерный вектор, или функция... Соответственно проводится деление математической статистики: одномерная статистика, многомерный статистический анализ, статистика временных рядов и случайных процессов... В статистике объектов нечисловой природы в качестве результатов наблюдений рассматриваются объекты нечисловой природы, в частности, перечисленных выше видов - измерения в шкалах, отличных от абсолютной, бинарные отношения, вектора из 0 и 1, множества, нечеткие множества. Выборка может состоять из

ранжировок и