Дж. С. Дэвис. Статистический анализ данных в геологии. Книга 2
Величина
называется средней длиной результирующего вектора и изменяется от нуля до
единицы. Эта мера аналогична дисперсии, но в некотором смысле противоположна ей. Большие
значения
указывают на то, что наблюденные векторы находятся в узком пучке с малой дисперси-
ей, а значения
, близкие к нулю, указывают на большой разброс векторов. На рис. 5.22 представ-
лены множества векторов, имеющих различные значения
. Для того, чтобы иметь меру диспер-
сии, которая увеличивается с увеличением рассеяния, R иногда заменяют на его дополнение, назы-
ваемое циклической дисперсией:
nRnRs /)(1
2
0
(5.44)
Можно вычислить и другие направленные статистики, включая циклические аналоги стан-
дартного отклонения, моды, медианы. Их определения приведены в удобной таблице Гейлом и Бер-
том [28].
Ориентация данных может быть изменена до вычисления средних направлений или мер рас-
сеяния. Так как ориентация может иметь одно из двух противоположных значений, то во избежание
ошибок в определении дисперсии необходимо принять некоторые соглашения. На примере ориен-
тации речной гальки Крамбейн [47] предлагает новое решение этой задачи. Если все измеренные
углы удвоить, будет записан тот же угол, независимо от того, какая ориентация была использована.
В качестве примера рассмотрим шарнир складки, которая простирается с северо-востока на юго-
запад. Его ориентация будет одинаковой независимо от того, задать ли угол равным 45° или 225°.
Если удвоить углы, мы получим
оо
90245
и
оо
4502225
, что составляет
ооо
90360450
.
Среднее направление, длина среднего результирующего вектора и циклическая дисперсия
могут быть найдены обычным образом после того, как ориентированные утлы были удвоены. Для
нахождения истинной средней ориентации разделим вычисленный угол среднего направления на
два. Это проиллюстрировано на рис. 5.23.
Проверка гипотез о циклически распределенных данных
Для проверки статистических гипотез о циклически распределенных данных мы должны
иметь некоторую вероятностную модель, соответствующую изучаемому параметру. Существуют
циклические аналоги одномерных распределений, которые мы обсудили в гл. 2, однако наиболее по-
лезно из них распределение фон Мизеса. Это – циклический эквивалент нормального распределения,
также обладающий двумя параметрами: средним направлением
и параметром концентрации k.
Распределение фон Мизеса унимодально и симметрично относительно среднего направления. По ме-
ре увеличения параметра концентрации вероятность получения направленного измерения, очень
близкого к среднему направлению, увеличивается. Если к равно нулю, все направления равновероят-
ны и распределение становится циклическим равномерным. На рис. 5.24, а представлена форма рас-
пределения фон Мизеса для некоторых значений k. Это распределение может быть также представ-
лено в условной форме (рис. 5.24, 6).
Прямое определение параметру концентрации затруднительно, но его можно оценить через
, если допустить, что данные являются выборкой из совокупности, имеющей распределение фон
Мизеса. В табл. 5.6 приведены оценки максимального правдоподобия для параметра k, соответст-
вующие некоторому вычисленному
. В некоторых приводимых ниже статистических критериях
мы будем использовать эти оценки параметра k.
Критерии проверки случайности.
Простейшая гипотеза, которую можно проверить статистическими методами, это гипотеза о
случайности направленных наблюдений. Это эквивалентно утверждению о том, что нет предпочти-
тельных направлений или же что вероятность любого направления одинакова. Если предположить,
что наблюдения представляют выборку из совокупности с распределением фон Мизеса, то соответ-
ствующая гипотеза эквивалентна утверждению, что параметр концентрации к равен нулю, так как
при k=0 распределение циклически равномерно. Иными словами, нулевая гипотеза и альтернатива
таковы: H
0
:k=0, H
1
:k>0.