Проблемы  теории экспериментов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Содержание

Введение 3

1. Общие понятия теории экспериментов 5

2. Классификация видов эксперимента 7

3. Проблемы измерений в эксперименте 9

3.1. Проблемы с выбором измеряемой характеристики 9

3.2. Проблемы, связанные с подбором измерительных шкал 10

3.3. Погрешности при измерениях 11

4. Проблемы анализа данных и построения моделей при экспериментировании 13

4.1. Проблемы обработки экспериментальных данных 13

4.2. Проблемы построения модели объекта-оригинала с учетом специфики эксперимента 15

5. Проблемы системного подхода в теории эксперимента 18

Заключение 20

Список  использованной литературы 21 

 

Введение

    Базовую основу познания во всех сферах науки  и человеческой деятельности составляет процесс проведения машинных и натурных экспериментов. Часто процесс построения модели является итерационным, и эксперимент служит средством, уточняющим некоторые характеристики объекта. Эксперименты проводят для подтверждения выдвинутых гипотез или их опровержения, или для получения информации об изучаемом объекте с целью получения знаний и построения модели изучаемого объекта. Экспериментирование является важной частью научной, инженерной и других видов деятельности и очень часто качественное его проведение вызывает проблемы у исследователей.

    Слово эксперимент происходит от латинского experimentum – проба, опыт. Эксперимент представляет собой некоторый процесс изучения исследуемого объекта. Важная особенность эксперимента – это активный опыт, в отличие от наблюдения, где объект воспринимается пассивно. Другая важная отличительная черта эксперимента – это его повторяемость, то есть мы можем проводить эксперимент столько раз, сколько необходимо для получения точных и исчерпывающих данных об объекте. В качестве объекта может также выступать его модель, т.е. эксперимент можно проводить не с объектом-оригиналом, а с его моделью, например в численном эксперименте.

    Также для эксперимента выделяют еще несколько  преимуществ по сравнению с наблюдением[1], а именно: 1) возможность изучать свойства таких объектов, которых в природе в чистом виде нет; 2) посредством эксперимента можно воспроизвести объект в любое время, нужное для целей исследования; 3)эксперимент ставит исследуемый объект в контролируемые условия, которые можно изменять и тем самым управлять поведением объекта; 4) в процессе эксперимента могут создаваться условия, которые для реального объекта невозможны или нежелательны; 5) результаты эксперимента основываются на данных, полученных с помощью специальных средств.

    При проведении экспериментов возникает  достаточно много вопросов и проблем. Прежде всего, одним из важнейших критериев, к которому нужно подходить со всей серьезностью, является критерий оптимальности проводимого эксперимента, т.е. величина ресурсов (временных, человеческих, материальных и других), которые необходимо вложить в эксперимент для получения практически значимого результата.

    Также возникают проблемы связанные с измерениями: какую величину или величины измерять, в каких шкалах, какие единицы измерения выбрать, какие будут погрешности при измерениях и в каких границах будут лежать измеряемые величины, наконец, сколько измерений сделать, равномерно или неравномерно снимать показания, и что потом делать с полученными данными.

    Необходимо выбрать вид модели для полученных результатов, которая применима к данному виду эксперимента и будет описывать наиболее важные черты изучаемого объекта. На этом этапе также могут возникать определенные трудности, так например результаты стохастического эксперимента невозможно описать детерминированными моделями. Помимо всего этого, прежде чем строить модель по полученным в результате эксперимента данным необходимо определить, а то ли мы действительно получили, что хотели, что данные непротиворечивы и готовы к использованию, а если готовы, то все ли их необходимо учитывать при построении модели или можно взять выборку из всей генеральной совокупности.

    Из  выше сказанного видно, что тема является актуальной, потому что возникает достаточно много вопросов и проблем при проведении экспериментов. Таким образом, получение ответов на многие вопросы позволит более рационально использовать ресурсы и более эффективно проводить эксперименты.

    Целью данной работы является анализ проблем, возникающих в теории экспериментов и предложение рекомендаций по их решению.

    В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

• определить основные понятия теории экспериментов;
• провести классификацию экспериментов;
• провести анализ проблем, возникающих в эксперименте при измерениях;
• проанализировать проблемы, связанные с обработкой данных, полученных в результате эксперимента;
• выявить основные проблемы, связанные с системным подходом при экспериментировании.

 

1. Общие понятия  теории экспериментов

    При разработке новых объектов, их моделей, при любой инженерной, научной  и других видах деятельности мы непосредственно  сталкиваемся с проведением некоторых  испытаний, которые могут быть имитационными, когда поведение объекта моделируется с помощью компьютерных средств  с использованием соответствующего математического аппарата, или натурными  в естественных или искусственно-формируемых  условиях. Испытания непосредственно  связаны с таким понятием как  «эксперимент». В науке и познавательной деятельности человека это понятие  означает определенную совокупность действий, т.е. процесс, сопряженный с целенаправленным наблюдением, исследованием объекта, организацией условий проведения эксперимента, измерение, получение и обработка  данных.

    Таким образом, в нашем понимании, эксперимент — это научно поставленный с исследуемым объектом опыт в точно учитываемых или не влияющих условиях, когда имеется возможность следить за ходом поведения объекта, активно воздействовать на него с помощью целого комплекса разнообразных средств и воссоздавать это поведение каждый раз, когда налицо те же самые условия и когда в этом есть необходимость.

    Как было уже замечено, у эксперимента есть ряд отличий от такого метода познания как наблюдение. Тем не менее, наблюдение очень часто предшествует эксперименту, когда мы просто пассивно наблюдаем объект, замечаем его основные особенности, характеристики, а затем проводим активный опыт над объектом, т.е. можем вмешиваться в процесс развития, менять условия опыта.

    Первичными  результатами любого наблюдения или  эксперимента являются данные. Под  данными понимают любой рассматриваемый безотносительно к содержательному смыслу набор символов и представляемых ими записей, изображений и других сигналов как носителей информации — сведений о состоянии исследуемого объекта. В результате эксперимента могут получаться данные различных видов — точечные, интервальные, дискретные или непрерывные и т.д. Виды и проблемы, связанные с обработкой полученных данных, рассматриваются далее в работе. В отличие от данных информация является главным, хотя и вторичным результатом эксперимента, ради которого он ставится. Следует заметить, что пока не существует наиболее строгого определения, в данном контексте под информацией будем понимать совокупность сведений, знаний (т.е. семантику символьных сообщений, записей, изображений, сигналов), содержащуюся в данных как носителях информации, т.е. совокупность содержательных сведений, новых знаний, которые могут быть выработаны, собраны, переданы, сохранены, переработаны, воспроизведены и т.п.

    Материальными носителями информации являются сигналы (например, температура, которую можно измерить). Под ними понимаются любые физические поля, вещества, процессы, которые содержат информацию об исследуемом объекте. Сигнал является внутриобъектным носителем информации, он недоступен для непосредственного восприятия субъектом, тем не менее, он является прародителем, источником, промежуточным средством перехода протоинформации (первичного родителя информации, от которого она зарождается) к форме, доступной окружающему миру. Здесь следует отметить, что ни сигналы, ни данные не есть информация. Они лишь являются переносчиками, или носителями (в смысле переноса) информации. Сигналы, условно говоря, как бы постоянно связаны с объектом, порождающим информацию, являются его элементами, встроены в него, а данные уже оторваны от объекта, но рассматриваются как операнды в отрыве от содержащейся в них информации.

    Целью эксперимента является получение  знаний об исследуемом объекте, т.е. проверенных опытом результатов познания действительности (в виде гипотез, схем, теорий и т.д.), которые можно применять для решения тех или иных задач. Знания уже являются элементом логически полной, достоверной и проверенной практикой информации, т.е. очищенной от всякого мусора и упакованной в удобную форму. Протознания – это часть информации, из которой могут быть получены новые знания об объекте, в том числе из сигналов, данных и уже имеющихся знаний о нем. Неизбежно при проведении эксперимента мы получаем информационный мусор, т.е. ту часть информации, которая не содержит полезной для пользователя информации и протознаний. Тем не менее, это всегда увеличивает различные издержки (финансовые, временные и т.д.) как при проведении эксперимента (необходимо больше, чаще снимать показания), так и при анализе полученных данных и извлечении знаний из них. Тогда сигналы, данные и знания, как носители полезной информации и информационного мусора, будем в дальнейшем условно обозначать одним словом <данные>, понимая под ними значения отсчетов, числа, факты, идеи и пр., выраженные в формализованном виде, обеспечивающим возможность их сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и т.п. Таким образом, мы видим отличия информации от <данных>, тем не менее, очень часто это слова употребляют как синонимы, подразумевая смысл одного слова под другим. Поясним, в каких случаях это происходит.

    В процессе эксперимента мы получаем, накапливаем, передаем, храним, упорядочиваем, структурируем  и совершаем другие действия над  данными, не приводящие к изменению  смыслового содержания, ценности секретности  и т.п. особенностей информации, содержащейся в этих данных. Условно все эти действия можно определить одним обобщающим понятием «сбор <данных>», что по контексту эквивалентно «сбору информации». Аналогично, вместо сочетаний «преобразование, сокращение объема, сжатие, распознавание, кодирование и т.п.», отражающих приведение информации, содержащихся в данных, к более удобному, компактному для анализа виду, т.е. связанная с частичным изменением смысла, семантики, ценности, полезности, важности и др. особенностей информации, содержащейся в этих данных, будем применять термин «обработка <данных>», что в контексте эквивалентно сочетанию «обработка информации».

    Операции, связанные с извлечением информации из данных, с получением, согласно поставленным целям, по имеющимся данным и знаниям  новых знаний, объединяются понятием «анализ <данных>» или «анализ информации». Следует заметить, что при обработке <данных>, количество содержащейся в них информации не может быть увеличено, происходит только ее преобразование, привидение к удобочитаемому виду.