МЕТОД НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ. Для характеристики формы связи при изучении корреляционной зависимости между выходным параметром и переменным фактором
- 12
Для характеристики формы связи при изучении корреляционной зависимости между выходным параметром и переменным фактором, при обработке результатов однофакторных экспериментов, используются уравнения приближенной регрессии [1]. Задача ставится следующим образом: по данной выборке объёма n найти уравнение приближенной регрессии и оценить допускаемую при этом ошибку. В качестве метода приближения обычно выбирают метод наименьших квадратов (МНК).
Суть метода заключается в том, что вид зависимости и значения коэффициентов описывающего ее уравнения должны обеспечивать минимальную сумму квадратов отклонений (Ф) ординат экспериментальных точек от ординат этой зависимости [2]:

где
– рассчитанное по уравнению регрессии значение выходного параметра, а
– экспериментальное значение выходного параметра, полученное при том же значении переменного фактора
.
Задача определения коэффициентов уравнения регрессии по МНК сводится к определению минимума функции многих переменных [1]. Если:
и требуется выбрать коэффициенты
таким образом, чтобы:

то необходимым условием минимума
будет являться выполнение равенств:
Т.е. минимум данной функции будет в точке, где ёё частные производные равны нулю.
Условие (1.4) можно записать в виде:

После преобразования:

Система уравнений (1.6) имеет столько же уравнений, сколько неизвестных коэффициентов
входит в уравнение регрессии, и называется системой нормальных уравнений.
При изучении зависимости выходного параметра от одного переменного фактора необходимо построить эмпирическую линию регрессии для определения вида уравнения регрессии [1]. Для этого весь диапазон изменения x на поле корреляции разбивается на k равных интервалов
. Все точки, попавшие в данный интервал
, относят к его середине
. Для этого подсчитывают частные средние
для каждого интервала:

где
– экспериментальные значения выходного параметра, попавшие в интервал
, а
– количество значений
.
Затем последовательно соединяют точки
отрезками прямой. Полученная ломаная называется эмпирической линией регрессии y по x. По виду эмпирической линии регрессии можно подобрать уравнение регрессии
.
Для линейной зависимости
условие (1.4) будет иметь вид:
Для определения коэффициентов
и
линейного уравнения будем иметь систему линейных уравнений (1.9):
Решение системы уравнений (1.9) относительно
и
дает следующие формулы для их расчета:
Аналогичным образом, с помощью МНК можно получить формулы для расчета коэффициентов нелинейных зависимостей (1.12) – (1.18) [2]:
Логарифмическая зависимость
,
> 0, х ≠ 0

Экспоненциальная функция
, все
и
> 0, 

Степенная функция
,
,
, все
и
> 0

Дробно-линейная функция
,
,

Гиперболическая функция
,
> 0

Дробно-рациональная функция
, 

Квадратичная (параболическая) функция 
Точность описания корреляционной связи между параметром выхода и переменным фактором нагляднее всего характеризует средняя погрешность аппроксимации
, которая рассчитывается по следующей формуле:

Очевидно, что лучшей зависимостью для описания связи между
будет та, которая обеспечивает минимальную среднюю погрешность аппроксимации
.
- 12