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问题 1 建模思路
问题描述
企业需要购买零配件1和零配件2,供应商声称一批零配件(零配件1或零配件2)的次品率不超过某个标称值(例如10%)。企业希望通过抽样检测来决定是否接收这批零配件,同时希望检测次数尽可能少。需要在两种情形下给出抽样检测方案:
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在95%的信度下,认定零配件次品率超过标称值,则拒收这批零配件;
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在90%的信度下,认定零配件次品率不超过标称值,则接收这批零配件。
建模目标
我们的目标是设计一个抽样检测方案,使得在不同的置信水平下,企业能够合理判断是否接收零配件,并使检测次数尽可能少。
建模方法 -
确定假设检验问题:
○ 我们可以将次品率的检测问题看作是一个单侧假设检验问题。
○ 原假设 (H_0):次品率 ( p ≤ p 0 ) (p \leq p_0) (p≤p0)(其中 (p_0 = 10%) 为标称值)
○ 备择假设 (H_1):次品率 ( p > p 0 ) (p > p_0) (p>p0) -
抽样检测方案的设计:
○ 假设从供应商提供的一批零配件中抽取一个样本,样本容量为 (n)。
○ 在样本中统计次品数 (X),我们可以假设 (X) 服从一个二项分布: [ X ∼ B ( n , p ) ] [ X \sim B(n, p) ] [X∼B(n,p)]
○ 根据中心极限定理,当样本容量较大时, (X) 可以近似为正态分布: [ X ∼ N ( n p , n p ( 1 − p ) ) ] [ X \sim N(np, np(1-p)) ] [X∼N(np,np(1−p))] -
计算临界值:
○ 为了保证在95%的信度下,企业能够认定次品率超过标称值,则拒收这批零配件,我们需要找到使得 ( P ( X ≥ k ∣ p = p 0 ) ≤ 0.05 ) (P(X \geq k \mid p = p_0) \leq 0.05) (P(X≥k∣p=p0)≤0.05)的最小整数 (k)。
○ 也就是说,我们需要找到样本中次品数的上界,使得在 (p = p_0) 的情况下,样本中次品数超过该界限的概率为0.05。公式如下:
[ P ( X ≥ k ) = 1 − P ( X < k ) ≤ 0.05 ] [ P(X \geq k) = 1 - P(X < k) \leq 0.05 ] [P(X≥k)=1−P(X<k)≤0.05]
○ 利用正态分布近似,可以计算:
[ Z = k − n p 0 n p 0 ( 1 − p 0 ) ] [ Z = \frac{k - np_0}{\sqrt{np_0(1-p_0)}} ] [Z=np0(1−p0)k−np0]
其中, (Z) 服从标准正态分布 (N(0,1))。我们可以通过查找标准正态分布表来找到合适的 (k)。 -
计算样本容量 (n):
○ 样本容量 (n) 的选择可以通过两种错误概率的权衡来确定:I 类错误(拒绝正确的 (H_0))和 II 类错误(接受错误的 (H_0))。
○ 对于不同的置信水平(95% 和 90%),我们需要计算出相应的样本容量 (n) 以确保两种错误的概率在合理范围内。
具体步骤和公式
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选择显著性水平 (\alpha) 和置信水平 (\beta):
[ α = 0.05 , β = 0.10 ] [ \alpha = 0.05, \quad \beta = 0.10 ] [α=0.05,β=0.10] -
确定检验统计量的临界值:
[ Z α = Φ − 1 ( 1 − α ) ] [ Z_{\alpha} = \Phi^{-1}(1 - \alpha) ] [Zα=Φ−1(1−α)] -
计算最小样本量 (n):
[ n = ( Z α p 0 ( 1 − p 0 ) + Z β p 1 ( 1 − p 1 ) p 1 − p 0 ) 2 ] [ n = \left( \frac{Z_{\alpha} \sqrt{p_0(1 - p_0)} + Z_{\beta} \sqrt{p_1(1 - p_1)}}{p_1 - p_0} \right)^2 ] [n=(p1−p0Zαp0(1−p0)+Zβp1(1−p1))2]
其中,( p_1 ) 是企业希望检测出的实际次品率(假设值)。 -
得出检测方案:
○ 确定临界值 (k),然后根据样本容量 (n) 进行检测。