НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФИЗИКЕ ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ НА ПК

Ахмет Рысқұл Баданұлы
учитель физики КГУ «СОШ № 61» г.Караганды

 В последние десятилетия среди специалистов многих отраслей науки и техники от­мечается постоянно растущий интерес к использованию физико-статистических методов. Физическая статистика стала действенным средством научного исследования, широко используемым при изучении самых разнообразных массо­вых процессов и явлений. Она становится важнейшим аналитическим инструмен­том подготовки исходных данных для принятия решений.

Проникновение физико-статистических методов в практику научных ис­следований проходило очень не просто. Громоздкие и трудоемкие вычисления, связанные с реализацией сложных расчетных формул, серьезно затрудняли прак­тическое использование статистических методов и не способствовали расшире­нию круга специалистов-практиков, использующих в своей работе эти методы. Во времена «ручных» вычислений (в эпоху арифмометров и калькуляторов) с этими трудностями боролись путем постоянного совершенствования алгорит­мов статистических вычислений. Эти алгоритмы, реализованные в виде весьма остроумных расчетных таблиц, упорядочивали вычисления, снижали их трудоем­кость и позволяли контролировать правильность расчетов, буквально на каждом шаге вычислений [1].

Появление и бурное развитие электронной вычислительной техники (ЭВТ) зна­чительно увеличили масштабы и ускорили темпы внедрения статистических ме­тодов анализа данных в практику научных исследований. Большие возможности для использования методов физической статистики открылись в результате появления персональных компьютеров (ПК). Использование ПК для обработ­ки данных стало особенно эффективным с появлением электронных таблиц (табличных процессоров) — пакетов прикладных программ для автоматизации табличных расчетов. Сначала это были пакеты VisiCalc, Super Calc, Lotus 1-2-3, затем Quattro Pro и наконец ряд следующих друг за другом версий табличного процессора Excel. Отработанные и выверенные за многие десятилетия практи­ческого использования таблицы для «ручных» расчетов обрели вторую жизнь в виде электронных таблиц. Благодаря этим таблицам многие сложные статисти­ческие методы, доступные ранее лишь узкому кругу профессионалов-физи­ков, стали доступны широкому кругу пользователей-прикладников.

Дальнейшее внедрение статистических методов в практику научных исследований связано с созданием универсальных и специализированных пакетов прикладных программ, предназначенных для статистического анализа данных. Примерами универсальных статистических пакетов могут служить американские пакеты SPSS, STATGRAPHICS, SYSTAT, STATISICA и отечественный пакет STADIA. В качестве примеров специализированных пакетов можно упомянуть отечествен­ные пакеты ЭВРИСТА и МЕЗОЗАВР, предназначенные для анализа временных рядов. Статистические пакеты значительно превосходили табличные процессоры по объему и качеству реализованных в них статистических методов. Это обстоя­тельство значительно расширило область возможного применения методов физической статистики.

Параллельно с разработкой статистических пакетов шел довольно интенсив­ный процесс  включения статистических функций в физические пакеты общего назначения. Статистичес­кие пакеты, табличные процессоры и физические пакеты с включенными в них статистическими функциями сделали анализ данных более доступным и наглядным. Стало ненужным «вручную» выполнять трудоемкие расчеты, вы­черчивать таблицы и строить графики. Всю эту черновую работу взяли на себя ПК. Человеку осталась главным образом творческая работа: постановка задачи, выбор метода ее решения и, главное, правильная интерпретация результатов решения [1].

Первые версии статистических пакетов работали под управлением дисковой опе­рационной системы (DOS). Наиболее широкое распространение в нашей стране нашли DOS-версии универсального многопрофильного пакета STATGRAPHICS. Одним из достоинств этого пакета было очень подробное и в то же время хоро­шо обозримое главное меню.

С появлением операционной системы Windows на рынке программных продуктов стали появляться Windows-версии «старых» пакетов (SPSS, STATGRAPHICS, SYSTAT и др.) и «новые» пакеты, разработанные специально для среды Windows (STADIA, STATISTICA и др.) [1].

В Windows-версиях пакетов нашли отражение некоторые последние достиже­ния теоретической и прикладной статистики (в частности, методы, не завися­щие от распределения), что существенно расширило область их применения. Работа с данными, графиками и текстами стала выполняться почти так же, как в других приложениях Windows, входящих в комплекс программ Microsoft Of­fice. Все эти нововведения довольно значительно увеличили возможности Windows-версий статистических пакетов. В то же вре­мя новые пакеты стали сложнее, что заметно затруднило их освоение и практи­ческое использование. Существенно увеличилась стоимость лицензионных ко­пий этих пакетов.

По мере того как на смену более простым DOS-версиям статистических паке­тов приходили более сложные Windows-версии, происходило «расслоение» об­щей массы специалистов, использующих в своей работе методы физичес­кой статистики. Более четко обозначилась «элита», состоящая из специалистов в области прикладного статистического анализа, систематически использую­щих статистические методы для обработки больших массивов данных, имеющих сложную структуру. Высокая профессиональная подготовка этих специалистов в области физической статистики позволила им быстро освоить новые уни­версальные и специализированные статистические пакеты и успешно исполь­зовать их на практике [2].

Определилась и большая группа «массовых» пользователей. В нее вошли спе­циалисты различных отраслей науки и техники, периодически использующие в своей работе «стандартные» статистические методы для обработки данных. Столкнувшись с трудностями освоения и практического использования новых, более сложных версий статистических пакетов, эти поль­зователи стали искать другие, более простые средства решения типичных для них задач статистического анализа. Коллективный разум этой группы пользова­телей сделал выбор в пользу табличного процессора Excel, ставшего к тому вре­мени довольно мощным инструментом для проведения инженерных и научных расчетов.

Такой выбор вполне логичен — табличный процессор Excel, являясь составной частью интегрального программного комплекса Microsoft Office, работающего на платформе Windows, в полном объеме реализует функциональные возможности этой операционной системы. Единая концепция построения составных частей этого комплекса обеспечивает высокий уровень унификации принципов и техно­логии их использования, а также максимальную степень совместимости и взаи­модействия «порождаемых» ими программных продуктов. Большое значение для отечественных пользователей имеет и то обстоятельство, что стоимость лицензи­онных копий программного комплекса Microsoft Office, устанавливаемого прак­тически на всех ПК, значительно ниже стоимости лицензионных копий новых статистических пакетов.

К числу достоинств табличного процессора Excel, определяющих широкие воз­можности его использования для анализа статистических данных, относятся:

• относительная простота освоения и практического использования (по сравне­нию со статистическими пакетами);
• довольно значительное число встроенных статистических функций (около 80);
• наличие надстройки Пакет анализа, содержащей процедуры для решения слож­ных задач статистического анализа;
• наличие надстройки Поиск решения, процедуры Подбор параметра и большого числа встроенных функций, формально не относящихся к статистическим, однако позволяющих решать сложные вероятностные и статистические за­дачи;
• возможность создания пользователем «собственных» программных модулей для анализа данных на языке Visual Basic for Applications (VBA);
• наглядность статистического анализа данных, выполненного в табличной форме;
• практически неограниченный объем электронных таблиц.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция к внедрению компьютер­ных технологий в процесс преподавания физических дисциплин (в том чис­ле теории вероятностей и физической статистики). Excel как нельзя лучше подходит для этой цели. Выполняя статистический анализ на рабочих листах этого табличного процессора, можно видеть все его этапы, что делает анализ данных более наглядным и понятным. Это сделало Excel отличным средством обучения [2].

Количество «массовых» пользователей, применяющих для анализа статистичес­ких данных Excel, намного превышает количество специалистов-профессионалов. Таких пользователей много не только в нашей стране, но и за рубежом. Возникновение и бурное развитие методов, связанных с исследованием случайных величин вызвано  проникновением количественных ме­тодов анализа в такие науки, как биология, медицина, психология, социология, экономика и т. д. Методы, свободные от распределения, успешно конкурируют с классическими методами, основанными главным образом на предположении о нормальном распределении исследуемых случайных величин.

Excel не имеет встроенных средств реализации методов, свободных от распреде­ления, поэтому в  нём  рассматриваются вопросы реализации этих методов с помощью встроенных процедур и функций Excel, формально не относя­щихся к категории статистических средств.

В среде Excel можно освоить тех­нологию статистического анализа данных и использовать ее в сво­ей практической деятельности. Среда Excel предназначена для специалистов-практиков, применяющих в своей работе методы физической статистики: медиков, био­логов, социологов, экономистов, инженеров, научных работников, студентов, ас­пирантов и преподавателей [3].

Список использованной литературы

1. Вадзинский Р. Статистические вычисления в среде Excel. Библиотека пользователя. – СПб.: Питер, 2008. – 608 с.:ил. – (Серия «Библиотека пользователя»).
2. Финансово-экономические расчёты в EXCEL. Издание 3-е, переработанное и дополненное./ Овчаренко Е.К., Ильина О.П., Балыбердин Е.В. – М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1999. – 328 с.
3. Microsoft EXCEL. Электронные таблицы и базы данных в задачах. / Нечаев В.М. – М.: Интеллект-Центр. 2001. – 96 с.