Планирование эксперимента.
Реферат по предмету:
"Естествознание"
Название работы:
"Планирование эксперимента."
Автор работы: Ольга
Страниц: 26 шт.
Год:2008
Краткая выдержка из текста работы (Аннотация)
Введение
Целью данной работы является изучение проблемы планирования эксперимен-та, развитие единой теории поля и основания для классификации химической техно-логии.
Методы планирования эксперимента, возникшие первоначально в связи со статистическими приложениями в сельском хозяйстве и медицине, получили в последние десятилетия широкое развитие и новые области применения. Особое значение эти методы приобрели в связи с крупными программами проведения и автоматизации научных исследований. Известно, что применение методов плани-рования эксперимента может дать более или менее значительный экономический эффект, но отсутствие соответствующего плана может сделать эксперименталь-ную программу полностью безрезультатной. Это диктует необходимость подго-товки специалистов различного уровня, владеющих уже известными методами планирования эксперимента и способных разрабатывать новые методы примени-тельно к различным предметным областям.
Роль математики в современном естествознании трудно переоценить. Доста-точно сказать, что ныне новая теоретическая интерпретация какого-либо явления считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные закономерности этого явления. Однако не следует думать, что все естест-вознание в итоге будет сведено к математике. Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем лишь одна из сторон развития научного знания. Развивается же наука прежде всего как содержательное, т.е. неформализо-ванное, неалгоритмизированное знание. Процесс выдвижения, обоснования и опро-вержения гипотез, организацию экспериментов, научную интуицию и гениальные догадки в процессе познания формализовать не удается. «Логики открытий» не су-ществует.
Математизация это проникновение аппарата математической логики в естественные и другие науки. Математизация современного научного знания ха-рактеризует его теоретический уровень. С помощью математики формулируются основные закономерности развития естественно-научных теорий. Математиче-ские методы находят широкое применение и в социально-экономических науках. Создание (под непосредственным влиянием практики) таких отраслей, как линей-ное программирование, теория игр, теория информации и появление электронных математических машин открывает совершенно новые перспективы.
Единая теория поля единая теория материи, призванная свести многооб-разие свойств элементарных частиц (квантовых микрообъектов) и законов их взаимодействий (и взаимопревращений) к неким универсальным принципам. Идеи об универсальных единых теориях полей и взаимодействий восходят к Т. Калуце, Ф. Клейну и А. Эйнштейну (20-30 годы XX века)
Современное химическое производство представляет многотоннажное, ав-томатизированное производство, основой которого является химическая техноло-гия т.е. химическая технология наука о наиболее экономичных и экологически обоснованных методах химической переработки сырых природных материалов в предметы потребления и средства производства. Объекты химической технологии вещества и системы веществ, участвующих в химическом производстве; про-цессы химической технологии совокупность разнообразных операций, осущест-вляемых в ходе производства с целью превращения этих веществ в другие .
1. Планирование научных экспериментов
1.1. История развития методов планирования экспериментов и матема-тическая теория эксперимента как результат развития
Началом систематического развития теории планирования эксперимента явились работы выдающегося английского статистика сэра Рональда Фишера, вошедшие в его широко известную монографию (Fisher, 1935) . В этих работах комбинаторные методы применялись для выбора уровней факторов с целью по-вышения информативности эксперимента в задачах дисперсионного анализа. Первоначальным мотивом этих исследований была проблема повышения урожай-ности сельскохозяйственных культур. Однако глубокие математические результа-ты, полученные Фишером, послужили источником для развития самостоятельной ветви математической статистики, имеющей свою внутреннюю логику и широ-чайший спектр приложений.
В 50-е годы XX века, в работах американских математиков Г. Элвинга и Г. Чернова (Chernoff, 1953) возникло новое направление, получившее название теории оптимального планирования эксперимента. С конца 50-х годов эта теория систематически развивалась в работах американских математиков Дж. Кифера и Дж. Вольфовица, а с конца 60-х значительный вклад к ее развитие внесли россий-ские математики В.В. Федоров, Г.К. Круг, М.Б. Малютов, С.М. Ермаков, В.П. Козлов, Е.В. Седунов, В.Б. Мелас, А.А. Жиглявский и многие другие.
В основе этой теории лежит понятие плана эксперимента как дискретной вероятностной меры, а под оптимальным планом понимается план, доставляющий экстремальное значение некоторой выпуклой (или вогнутой) функции, заданной на множестве информационных матриц.
Родственное направление, связанное с исследованием поверхности отклика для нахождения его экстремальных значений, было инициировано в работах аме-риканского статистика Дж. Бокса (Box, Wilson, 1951). В России это направление развивалось в работах В.В. Налимова и его учеников (первая российская книга на эту тему Налимов, Чернова, 1965 ). В последние гды происходит объединение обоих направлений .
В 1968 году в Ленинграде под руководством С.М. Ермакова начал работу семинар по математической теории планирования эксперимента. Оригинальное направление работ участников этого семинара получило известность в бывшем Советском Союзе под названием «ленинградской школы планирования экспери-мента». Ранние работы этой школы получили поддержку и одобрение выдающе-гося российского математика и статистика академика Ю.В. Линника. Начало этим исследованиям положила известная работа С.М. Ермакова (Ермаков, 1970), в ко-торой особое внимание было уделено учету систематической ошибки .
Особое место в естествознании занимает математика. Известно, что еще в древние времена математике придавалось большое значение. Девиз первой Ака-демии платоновской Академии «Не знающие математики сюда не входят» свидетельствует о том, насколько высоко ценили математику на заре развития науки, хотя в те времена основным предметом изучения была философия. Акаде-мия Платона (428/427348/347 до н.э.), одного из основоположников древнегре-ческой философии, первая философская школа, имевшая, на первый взгляд, весьма косвенное отношение к математике.
Простейшие в современном понимании математические начала, включаю-щие элементарный арифметический счет и простейшие геометрические измере-ния, служат отправной точкой естествознания. «Тот, кто хочет решить вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следу-ет измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является», утверждал выдающийся итальянский физик и астроном, один из основополож-ников естествознания Галилео Галилей (1564642). В своем произведении «Про-бирных дел мастер» (1623) он аргументировано противопоставлял произвольные «философские» рассуждения единственно истинной натуральной философии, доступной лишь знающим математику: «Философия написана в величественной книге (я имею в виду Вселенную), которая постоянно открыта нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана она на языке математики, и знаки ее - треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых человек не смог бы онять в ней ни единого слова; без них он был бы обречен блуждать в потемках по лабиринту».
Развивая философскую мысль Галилея немецкого философ Иммануил Кант в «Метафизических началах естествознания», сосказал: «В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле лишь столько, сколько име-ется в ней математики... Чистая философия природы вообще, т.е. такая, которая исследует лишь то, что составляет понятие природы вообще, хотя и возможна без математики, но чистое учение о природе, касающееся определенных природных вещей (учение о телах и учение о душе), возможно лишь посредством математи-ки; и так как во всяком учении о природе имеется науки в собственном смысле лишь столько, сколько имеется в ней априорного познания, то учение будет со-держать науку в собственном смысле лишь в той мере, в какой может быть при-менена в ней математика».
Можно привести не один пример зарождения из математических идей нау-коемких технологий и затем новых отраслей промышленности прежде всего авиационной и космической, в развитие которых значительный вклад внесли на-ши соотечественники. Действительно, российские ученые Н.Е. Жуковский (18471921) и С.А. Чаплыгин (18691942) математически обосновали подъем-ную силу крыла самолета и создали основы аэродинамики, а выдающиеся наши соотечественники конструкторы А.Н. Туполев (18881972), С.В. Ильюшин (18941977), А.С. Яковлев (19061989), Н.И. Камов (19021973), М.Л. Миль (19091970) и другие создали уникальную авиационную технику. Основополож-ником современной космонавтики является российский ученый и изобретатель К.Э. Циолковский (18571935), впервые теоретически обосновавший возмож-ность полета в космос и предложивший идеи создания ракетно-космической тех-ники, в том числе и математические расчеты скорости полета ракеты, что способ-ствовало успешному развитию отечественной космонавтики под руководством выдающегося российского ученого и конструктора С.П. Королева (1906/071966) при активном участии академика Б.В. Раушенбаха (19152001), В.Ф. Ут-кина (19232000) и др.
Содержание работы
Введение 3
1. Планирование научных экспериментов 5
1.1. История развития методов планирования экспериментов и математическая теория эксперимента как результат развития 5
1.2. Назначение и направленность математической теории эксперимента 8
2. Развитие представлений о единой теории поля 12
3. Понятие о химической технологии как прикладной научной дисциплине и о химической промышленности 17
2.1. Основания для классификации химической технологии: по сырью, по видам товаров, по группам элементов, по типам химических процессов. Концепции. 18
Заключение 25
Список использованной литературы 26
Использованная литература
- Список использованной литературы
- Концепции современного естествознания: Учеб. Для вузов/ С.Х. Карпен-ков. 6-е изд., перераб. И доп. М.: Высш. Шк., 2003.
- Кутепов А.М.,Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая тех-нология/ А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. - М., 2000.
- Садохин, А.П. Концепции современного естествознания: учебник для сту-дентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. 2-е изд., перераб. И доп. М.: ЮНИ-ТИ-ДАНА, 2006.
- Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Математическое моделирование и вы-числительный эксперимент/ А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич. М., 2000
- Химическая технология. Курс лекций. Великий Новгород, 2007.