Statistiska metoder för säkerhetsanalys

Relevanta dokument
Statistiska metoder för säkerhetsanalys

FÖRELÄSNING 4:

1 Föreläsning V; Kontinuerlig förd.

Statistiska metoder för säkerhetsanalys

Lösningar till uppgifter från Milton-Arnold, kap 3 4 Matematisk statistik

Weibullanalys. Maximum-likelihoodskattning

Statistiska metoder för säkerhetsanalys

P =

Föreläsning 12: Repetition

Blandade problem från elektro- och datateknik

Statistiska metoder för säkerhetsanalys

TMS136. Föreläsning 4

PROGRAMFÖRKLARING I. Statistik för modellval och prediktion. Ett exempel: vågriktning och våghöjd

Blandade problem från maskinteknik

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341, STN2) kl 14 18

Statistiska metoder för säkerhetsanalys

histogram över 1000 observerade väntetider minuter 0.06 f(x) täthetsfkn x väntetid

Övning 1. Vad du ska kunna efter denna övning. Problem, nivå A

0 om x < 0, F X (x) = c x. 1 om x 2.

Övning 1(a) Vad du ska kunna efter denna övning. Problem, nivå A. Redogöra för begreppen diskret och kontinuerlig stokastisk variabel.

Föreläsning 4, Matematisk statistik för M

Tentamensskrivning i stokastik MAGB64, 7.5 ECTS den 8 juni 2012 kl 14 19

Fö relä sning 2, Kö system 2015

Föreläsning 7. Statistikens grunder.

Tiden i ett tillstånd

SF1911: Statistik för bioteknik

Grundläggande matematisk statistik

Simulering av Poissonprocesser Olle Nerman, Grupprojekt i MSG110,GU HT 2015 (max 5 personer/grupp)

Lärmål Sannolikhet, statistik och risk 2015

Våra vanligaste fördelningar

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 15 / TEN 1

Markovprocesser SF1904

histogram över 1000 observerade väntetider minuter 0.06 f(x) täthetsfkn x väntetid 1

Poisson Drivna Processer, Hagelbrus

Uppgift 1 a) En kontinuerlig stokastisk variabel X har fördelningsfunktion

Fördelningsfunktionen för en kontinuerlig stokastisk variabel. Täthetsfunktionen för en kontinuerlig och en diskret stokastisk variabel.

Vi tittar också på Makehams fördelning som är den mest tillämpade livslängdsmodellen i Sverige. Historia om livslängdstabeller 2

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Övning 3 Vecka 4,

TENTAMEN I SF2937 (f d 5B1537) TILLFÖRLITLIGHETSTEORI TORSDAGEN DEN 14 JANUARI 2010 KL

Demonstration av laboration 2, SF1901

Markovprocesser SF1904

TAMS14/36 SANNOLIKHETSLÄRA GK Poissonprocessen (komplettering) Torkel Erhardsson 14 maj 2010

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Markovprocesser SF1904

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

Uppgift 2) Datum: 23 okt TENTAMEN I MATEMATIK OCH MATEMATISK STATISTIK, kurskod 6H3000

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 3

Gamla tentamensuppgifter i stokastik

Matematisk statistik KTH. Formel- och tabellsamling i Matematisk statistik, grundkurs

Markovprocesser SF1904

Mer om slumpvariabler

Några extra övningsuppgifter i Statistisk teori

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

Introduktion till statistik för statsvetare

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Datorövning 3 Bootstrap och Bayesiansk analys

Uppgift 2 Betrakta vädret under en följd av dagar som en Markovkedja med de enda möjliga tillstånden. 0 = solig dag och 1 = regnig dag

SF1900 Sannolikhetsteori och statistik, HT 2017 Laboration 1 för CINEK2

Integration m.a.p. t av båda led ger. Lektion 13, Flervariabelanalys den 15 februari x(t) x(0) = log y(t) log y(0) = log.

TENTAMEN I SF1904 MARKOVPROCESSER FREDAGEN DEN 18 AUGUSTI 2017 KL

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341, STN2) kl 08-12

Problemsamling i Sannolikhetsteori

40 5! = 1, ! = 1, Om man drar utan återläggning så kan sannolikheten beräknas som 8 19

b) Beräkna sannolikheten för att en person med språkcentrum i vänster hjärnhalva är vänsterhänt. (5 p)

Diskussionsproblem för Statistik för ingenjörer

Tentamen i Matematisk statistik Kurskod S0001M

1 Stokastiska processer. 2 Poissonprocessen

Väntevärde och varians

Laboration 3: Enkla punktskattningar, styrkefunktion och bootstrap

Envägs variansanalys (ANOVA) för test av olika väntevärde i flera grupper

Uppgift 1. P (A) och P (B) samt avgör om A och B är oberoende. (5 p)

Kapitel 4. Kontinuerliga slumpvariabler och deras sannolikhetsfördelningar. Sannolikhetslära och inferens II

Några kontinuerliga fördelningar, felfortplantning

Avd. Matematisk statistik

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

ANVISNINGAR TILL INLÄMNINGSUPPGIFTER I TILLFÖRLITLIGHETSTEORI. På inlämningsuppgiften ska alltid namn och elevnummer finnas med.

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Tentamen MVE300 Sannolikhet, statistik och risk

P(ξ > 1) = 1 P( 1) = 1 (P(ξ = 0)+P(ξ = 1)) = ξ = 2ξ 1 3ξ 2

STATISTISKA INSTITUTIONEN Jakob Bergman

Tentamen MVE300 Sannolikhet, statistik och risk

1. En kontinuerlig slumpvariabel X har följande täthetsfunktion (för någon konstant k). f.ö.

Lösningar tentamensskrivning i stokastik MAGB64 den 7 juni 2013

Tentamen i Matematisk statistik Kurskod S0001M

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Föreläsning 1. Repetition av sannolikhetsteori. Patrik Zetterberg. 6 december 2012

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Exempel, del I

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

Veckoblad 3. Kapitel 3 i Matematisk statistik, Blomqvist U.

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

1 10 e 1 10 x dx = e 1 10 T = p = P(ξ < 3) = 1 e P(η 2) = 1 P(η = 0) P(η = 1) = 1 (1 p) 7 7p(1 p) 6 0.

Nedan redovisas resultatet med hjälp av ett antal olika diagram (pkt 1-6):

Datorövning 3 Bootstrap och Bayesiansk analys

Matematisk statistik TMS064/TMS063 Tentamen

Laboration 4: Stora talens lag, Centrala gränsvärdessatsen och enkla punktskattningar

Matematisk statistik TMS063 Tentamen

Datorövning 6 Extremvärden och Peak over Threshold

Transkript:

F9: Intensiteter 3 september 213

Egenskaper Återstående livslängd Storm Poissonprocess (igen) Händelsen A inträffar enligt en Poissonprocess med intensitet l. N A (t) = antal gånger A inträffar i (, t) N A (t) Po(lt), lt (lt)k P(N A (t) = k) = e, k =, 1, 2,... k! Tiden fram till första händelsen = T är exponentialfördelad: F T (t) = P(T t) = 1 P(T > t) = 1 P(N A (t) = ) lt (lt) = 1 e = 1 e lt,! f T (t) = F T (t) = le lt, t > dvs en exponentialfördelning med väntevärde 1/l.

Egenskaper Återstående livslängd Storm Poissonprocess (forts) N A (t) 4 3 2 1 t t t t S 1 S 2 S 3 S 4 T = T 1 T 2 T 3 Tiderna T 1, T 2,... mellan händelserna är oberoende och exponentialfördelade med väntevärde 1/l. T 4 t

Egenskaper Återstående livslängd Storm Poissonprocess: Återstående livslängd Antag att T > s (dvs tiden fram till första händelsen är större än s). Vad är då sannolikheten att T > s + t (dvs ingen händelse i nästa t enheter). P(T > s + t T > s) = P(T > s + t T > s) P(T > s) = e l(s+t) e ls = P(T > t) = = e l(s+t)+ls = e lt P(T > s + t) P(T > s) Den återstående väntetiden är lika stor oavsett hur länge vi redan väntat!

Egenskaper Återstående livslängd Storm Ex: Storm (igen) Under perioden 19 25 hade Sverige 26 individuella stormar där skadorna översteg en million m 3 skog. Man har noterat tidsperioden (dagar) mellan dessa svåra stormar: 158 47 433 13 979 2976 4378 655 75 7 33 73 3383 66 224 77 661 1132 114 365 135 1476 712 75 175 Hypotesen H : Tidpunkterna mellan stormarna är exponentialfördelade testades tidigare med ett q 2 -test och kunde inte förkastas. Om stormarna kommer som en poissonprocess med intensitet l så är T = tiden mellan två stormar exponentialfördelad med väntevärde 1/l. Medelvärdet för de 25 tidsperioderna är 1/l = t = 173 dagar så l = 1/ t = 1/173 =.93 (dagar 1 ).

Egenskaper Återstående livslängd Storm Ex: Storm (forts) Hur stor är sannolikheten att det dröjer mer än ett år mellan två stormar? P(T > 365) e l 365 = e 365/173 =.71. Hur stor är sannolikheten att det dröjer mer än två år mellan två stormar? P(T > 365 2) e l 73 = e 73/173 =.51. Antag att vi väntat ett år men det har inte kommit någon storm. Hur stor är sannolikheten att det kommer att dröja minst ett år till innan nästa storm? P(T > 365 + 365 T > 365) = e l (73 365) = e 365/173 =.71. P(T > 73) P(T > 365) =

Generaliseringar av Poissonprocessen Låt händelserna ske i planet. Låt intensiteten vara beroende av tiden (dvs inte konstant). Specialstudera tiden fram till första händelsen. Livslängdsprocess Studera tiden fram till död. död levande T t

Felintensitetsfunktion Överlevnadsfunktion för T: R(t) = P(T > t) = 1 F(t) = e L(t) Kumulativ felintensitetsfunktion för T: L(t) = ln R(t) = t l(u) du Felintensitetsfunktion för T: l(t) = dl(t) = f(t) dt 1 F(t) Återstående livslängd: P(T > s + t T > s) = s+t = e l(u) du e s = e l(u) du P(T > s + t) P(T > s) = R(s + t) R(s) s+t s l(u) du = e (L(s+t) L(s)) = e L(s+t) e L(s) =

Tolkning av l(t) Man kan visa att dvs, för små värden på t, är l(s) = lim t P(T s + t T > s) t l(s) t P(en komponent som är s tidsenheter gammal går sönder inom t tidsenheter) Olika typer av felintensiteter Växande (increasing failure rate). Enheterna slits. Konstant (constant failure rate). Enheterna är oförändrade. Avtagande (decreasing failure rate). Enheterna blir starkare.

Både avtagande och växande: Sveriges befolkning (SCB) 3 25 Män Kvinnor Antal döda per 1 personer 212 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ålder Log skala 1 4 1 2 1 Män Kvinnor Antal döda per 1 personer 212 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ålder

Ex: Storm (forts) Vi har att T = tiden till nästa storm är exponentialfördelad med väntevärde 1/l, dvs med fördelningsfunktion överlevnadsfunktion kumulativ felintensitetsfunktion och felintensitetsfunktion F(t) = P(T t) = 1 e lt, R(t) = 1 F(t) = e lt, L(t) = ln R(t) = ln e lt = lt, l(t) = dl(t) dt = d lt = l (konstant). dt

Ex: Storm (forts) 1.8.6 Empirisk fördelning Fördelningsfunktion F(t) Överlevnadsfunktion R(t).4.2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Tid mellan stormar 4 Λ(t) 2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 2 x 1 3 1 λ(t) 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5

Exempel: Kullager I ett experiment studerade man livstiden (miljoner rotationer) hos kullager. Man fick 22 observationer. 5.44 15.75... 145.79 149.61 1.8.6.4.2 Empirisk fördeln Exponential Rayleigh 2 4 6 8 1 12 14 16 livslängd En Rayleighfördelning tycks passa bra till de observerade livstiderna. Parametern i Rayleighfördelningen skattas till a = 81.3.

Ex: Kullager (forts) (a) Bestäm felintensitetsfunktionen. (b) Hur stor är sannolikheten att ett kullager klarar minst 6 miljoner rotationer? (c) Antag att ett kullager används i 6 miljoner rotationer. Vad är sannolikheten att den klarar ytterligare 6 miljoner rotationer? (d) Antag att ett system innehåller fyra kullager av den studerade typen. Systement fungerar så länge som alla kullager är ok. Beräkna systemets felintensitet. Intensiteten för kullager att gå sönder är inte konstant (i så fall hade T varit exponentialfördelad). Den beror på förslitning och bör alltså vara växande. Men hur?

Ex: Kullager (forts) (a) Bestäm felintensitetsfunktionen. En Rayleigh-fördelning med parameter a har fördelningfunktion F(t) = P(T t) = 1 e t2 /a 2, överlevnadsfunktion R(t) = 1 F(t) = e t2 /a 2, kumulativ felintensitetsfunktion L(t) = ln R(t) = ln e t2 /a 2 = t 2 /a 2, och felintensitetsfunktion l(t) = dl(t) dt = d dt t 2 a 2 = 2t a 2 (växande).

Ex: Kullager (forts) 1.8.6.4 Empirisk fördeln Fördelningsfkn F(t) Överlevnadsfkn R(t).2 2 4 6 8 1 12 14 16 livslängd 2.6.4.2 4 Λ(t) 2 4 6 8 1 12 14 16 2 4 6 8 1 12 14 16 λ(t)

Ex: Kullager (forts): (b) Hur stor är sannolikheten att ett kullager klarar minst 6 miljoner rotationer? P(T > 6) = R(6) = e 62 /a 2 e 62 /81.3 2 =.58 (c) Antag att ett kullager används i 6 miljoner rotationer. Vad är sannolikheten att den klarar ytterligare 6 miljoner rotationer? P(T > 6 + 6 T > 6) = P(T > 12) P(T > 6) = e 122/a2 e 62 /a 2 = e (122 6 2 )/a 2 e (122 6 2 )/81.3 2 =.2

Ex: Kullager (forts): (d) Antag att ett system innehåller fyra kullager av den studerade typen. Systement fungerar så länge som alla kullager är ok. Beräkna systemets felintensitet. Vi har T i = livslängd hos kullager i, i = 1, 2, 3, 4, och T = livslängd hos systemet = min(t 1, T 2, T 3, T 4 ). R(t) = P(T > t) = P(T 1 > t, T 2 > t, T 3 > t, T 4 > t) = P(T 1 > t) P(T 2 > t) P(T 3 > t) T 4 > t) ( = e t2 /a 2) 4 = e 4t 2 /a 2, L(t) = ln R(t) = 4t 2 /a 2, l(t) = d dt 4t 2 a 2 = 8t a 2 = 4 2t a 2 = 4 l i(t) Systemet har fyra gånger så hög felintensitet som ett kullager.

Ex: Kullager (forts) 1.8 Överlevnadsfkn för 1 kullager Överlevnadsfunktion för systemet.6.4.2 2 4 6 8 1 12 14 16 livslängd 2 1 Λ(t) för 1 kullager Λ(t) för systemet 2 4 6 8 1 12 14 16.4.2 λ(t) för 1 kullager λ(t) för systemet 2 4 6 8 1 12 14 16

Exempel: Alarmsystem I ett elektroniskt alarmsystem kan fel uppstå p.g.a. åsknedslag. Från insamlade data och erfarenheter av liknande system har man funnit att fördelningen för systemets funktionstid T (uttryckt i dagar) ges av fördelningsfunktionen F T (t) = 1 e.1t, t (a) Bestäm felintensiteten l(t). (b) Beräkna sannolikheterna att systemet fungerar längre än en vecka (7 dagar), en månad (3 dagar), 1 dagar. (c) Man har installerat ett skydd mot åsknedslag. Emellertid måste dock hänsyn tas till att detta skydd åldras; antag därför en felintensitet på systemet l(t) =.1t. Är detta system säkrare?

Ex: Alarmsystem (forts) (a) Bestäm felintensiteten l(t). F(t) = 1 e.1t R(t) = 1 F(t) = e.1t L(t) = ln R(t) =.1t l(t) = dl(t) dt Konstant, dvs exponentialfördelning! =.1 (b) Beräkna sannolikheterna att systemet fungerar längre än en vecka (7 dagar), en månad (3 dagar), 1 dagar. P(T > 7) = R(7) = e.1 7 =.932, P(T > 3) = R(3) = e.1 3 =.741, P(T > 1) = R(1) = e.1 1 =.368.

Ex: Alarmsystem (forts) (c) Man har installerat ett skydd mot åsknedslag. Emellertid måste dock hänsyn tas till att detta skydd åldras; antag därför en felintensitet på systemet l(t) =.1t. Är detta system säkrare? P(T > t) = e L(t) = e t l(u) du = e t = e [.1u2 /2] t = e.1t2 /2, P(T > 7) = e.1 72 /2 =.976, P(T > 3) = e.1 32 /2 =.638, P(T > 1) = e.1 12 /2 =.67. Njä, inte på längre sikt..1u du

Ex: Alarmsystem (forts) 1.8.6.4.2 Överlevnadsfunktion utan åskskydd Överlevnadsfunktion med åskskydd 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Livslängd (dagar) 1.5 1.5 Λ(t) utan åskskydd Λ(t) med åskskydd 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Livslängd (dagar).6 λ(t) utan åskskydd.4 λ(t) med åskskydd.2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Livslängd (dagar)