Лекція №1 Тема. Біометрія як наукова дисципліна

Мета. Ознайомити студентів із предметом, основними поняттями та історією розвитку біометрії, видами ознак і точністю їх вимірювання
Лекція №1 Тема. Біометрія як наукова дисципліна

Скачати 88.05 Kb.

Дата конвертації 15.04.2016 Розмір 88.05 Kb. Лекція. Лекція №1

Тема. Біометрія як наукова дисципліна.

Мета. Ознайомити студентів із предметом, основними поняттями та історією розвитку біометрії, видами ознак і точністю їх вимірювання.

Вступ.

У даній лекції розглянуто предмет та основні поняття курсу біометрії. Зокрема, наведено визначення таких понять як спостереження, варіанта, статистична сукупність, обсяг вибірки, статистичні комплекси. Висвітлено етапи розвитку дисципліни. Дається поняття про ознаки (якісні та кількісні, перервні та дискретні) і точність їх вимірювання.

План.

1. Предмет і основні поняття біометрії.

2. Історія розвитку біометрії.

3. Ознаки, їх види і точність вимірювання.

Зміст лекції.

1. Предмет і основні поняття біометрії.

Предметом біометрії є будь-який біологічний об’єкт, результати дослідження якого мають кількісне або якісне вираження й отримуються після здійснення спостереження.

Спостереження — це збір первинних даних про об’єкт, який підлягає вивченню.

Розрізняють такі етапи спостереження:

  1. підготовчі роботи (збір інформації про об’єкт спостереження, встановлення одиниць вимірювання);
  2. опрацювання програми і методики досліджень;
  3. власне спостереження (суцільне або часткове);
  4. опрацювання результатів.

Як правило, спостереження здійснюється на численних об’єктах, які складаються з певних одиниць. Кожна така одиниця спостереження називається варіантою і позначається х1 х2, х3…хі. Сукупність відносно однорідних одиниць спостереження, які об’єднані умовами експерименту, називається статистичною сукупністю. Загальна кількість варіант статистичної сукупності має назву обсяг вибірки і позначається буквою N.

Поняття статистичної сукупності є ключовим у біометрії і базується на принципі якісної однорідності її складу. Тому не можна об’єднувати в одну групу різновимірні ознаки, оскільки це призводить до неточного трактування отриманих результатів.

Декілька статистичних сукупностей можуть бути об’єднані у статистичні комплекси.

Наприклад. При вивченні впливу освітленості на ріст дерев у висоту виділяють декілька дослідних груп в однорідному насадженні. Кожна така група є статистичною сукупністю варіант, а всі групи разом — це статистичний комплекс.

Питання структури статистичної сукупності вирішується дослідником в індивідуальному порядку залежно від поставленої мети. Але при цьому не слід забувати, що у будь-якій статистичній сукупності мають існувати внутрішні взаємозв’язки між варіантами, які і відрізняють її від механічного набору окремих значень.

2. Історія розвитку біометрії.

На сьогодні прийнято, що біометрія як самостійна наука виникла у XIX ст. Але правильніше вважати часом зародження той період, коли вимірювання стали розглядати як один із методів пізнання живої природи.

В історії розвитку біометрії можна виділити кілька періодів.

1. Описовий. Бере початок у XVII ст. У цей час відбувається перехід від усного опису і кількісного обліку біологічних об’єктів до їх числових характеристик. Вимірювання починають розглядатися як метод наукового пізнання. Характерною особливістю цього періоду є посилений розвиток теоретичної і прикладної математик, що призвело до виникнення таких важливих понять як змінна величина, нескінченно мала величина, функціональна залежність та ін. У кінцевому результаті це дало змогу започаткувати становлення вищої математики.

На основі праць Бернуллі, Муавра, Гауса, Лапласа і Пуассона отримує подальший розвиток теорія ймовірності. З її підходами стало можливим вирішення ряду завдань статистичного обгрунтування масових явищ.

Основне завдання, яке ставили перед собою дослідники того часу — теоретичне обґрунтування вибіркового методу, який дозволив би робити висновки про великі статистичні сукупності на основі незначних за обсягом вибірок.

  1. Статистичний. Починається у першій третині XIX ст. Характерний тим, що на зміну опису явищ приходить розкриття існуючих закономірностей, які є наслідком масових явищ. При цьому біометрія розглядається одночасно і як наука, і як метод наукового пізнання.

Велику роль у становленні цього періоду відіграв учень і послідовник Лапласа бельгійський вчений А. Кетле. Він довів, що різні фізичні особливості живих істот підпорядковуються закону розподілу ймовірностей Лапласа-Гауса. Кетле вважав, що основним завданням статистики має бути не збирання і класифікація фактів, а їх всебічний аналіз, який дозволяє виявити статистичні закономірності у сфері масових явищ.

  1. Формальний. Започаткований у другій половині XIX ст. Характеризується виникненням і розвитком англійської школи біометристів на основі праць Ф.Гальтона і К.Пірсона. Вона сформувалась на базі експериментальної біології під впливом еволюційної теорії Ч.Дарвіна. Поставлена ним проблема вивчення мінливості і спадковості виявилася вагомим стимулом розвитку експериментальних методів у біометрії. Так, Ф.Гальтон вперше застосував статистичний метод при вивченні генетичних особливостей організмів, опрацював методику кореляційного і регресивного аналізів.

Упродовж цього періоду відбувається становлення математичного апарату біометрії, що дозволяє відмежувати її від простого біологічного аналізу досліджуваних явищ. Вагомий внесок у цей процес зробив учень Ф. Гальтона — К. Пірсон. Зокрема, він розвинув вчення про типи кривих розподілу, ввів поняття середньоквадратичного відхилення, обґрунтував застосування критеріїв згоди, розвинув теорію лінійної і нелінійноїкореляції, опрацював методику множинної регресії. З 1901 р. він у співавторстві з Ф.Гальтоном започаткував журнал «Біометрика».

  1. Раціоналістичний. Бере відлік з початку XX ст. Характерний переоцінкою ролі математнко-статистичних методів у біологічних дослідженнях. При цьому на перше місце ставився біологічний аналіз явищ, а біометричні методи використовувалися лише як допоміжні засоби при опрацюванні результатів масових спостережень.

У становленні цього періоду вирішальну роль відіграли праці В.Йогансена. Взявши до уваги прорахунки Ф.Гальтона і К.Пірсона при вивченні спадкових і мінливих ознак, він експериментально довів, що прагнення знайти в усьому математичні закономірності можуть призвести до неточних результатів. Інакше кажучи, перед статистичним опрацюванням будь-яких результатів має бути здійснений їх біологічний аналіз.

Характерною рисою цього періоду є наукові праці В.Госсета (псевдонім «Ст’юдент») з обгрунтування теорії «малої вибірки». Подальший розвиток вона отримала в працях Р.Фішера. Він також сформулював основні положення дисперсійного аналізу, ввів у біометрію такі поняття як варіанса, ступені свободи, започаткував теорію планування експерименту та ін.

  1. Математично-біологічний. Цей період відкривається подальшими дослідженнями Р.Фішера, характеризується розвитком багатомірної статистики і вдосконаленням теорії планування експерименту. Цей період співпадає з революційними змінами в біології, посиленням процесів математизації і розвитком непараметричної статистики. Крім цього, розширюється сфера застосування біометричних досліджень на різних біологічних об’єктах.

На сьогодні біометрія продовжує розвиватися. Завдяки сучасним комп’ютерним технологіям процес статистичного опрацювання значно полегшився. Це дало можливість розвинути і вдосконалити потужні біометричні засоби з комплексного вирішення різних біологічних завдань — факторний, кластерний, дискримінантний, канонічний, логлінійний та інші аналізи. Особливі революційні зрушення відбулися у графічних методах аналізу результатів та непараметричній оцінці залежностей. Великого значення набули методи множинної регресії, моделювання структурними рівняннями, аналіз виживання і часових рядів.

3. Ознаки, їх види і точність вимірювання.

Спостереження за біологічними об’єктами здійснюються за певними ознаками.

Ознака — це така характерна особливість у будові чи функції живих організмів, за якою їх можна відрізнити один від одного.

Наприклад. Якщо здійснюється спостереження за висотою дерев, то їх сукупність буде об’єктом спостереження, а висота — ознакою.

Кожна ознака може мати різний ступінь вираження, змінюватися у певних межах, тому говорять, що вона має мінливість.

Мінливість (варіація) — це коливання значень однієї і тієї ж ознаки в певних межах, які спостерігаються у загальній кількості числових значень.

Всі біологічні ознаки мають мінливість, яка є результатом дії спадковості і різних екологічних факторів. Ознаки поділяються на якісні (атрибутивні), які неможливо виміряти, і кількісні, які піддаються безпосереднім вимірам.

Кількісні ознаки — це такі ознаки, відмінність між якими можна виразити кількісними показниками.

Наприклад: довжина, діаметр, висота, маса та ін.

Розрізняють перервні (дискретні) та неперервні кількісні ознаки. У першому випадку відмінність між варіантами може бути виражена цілими числами, між якими неможливі будь-які переходи.

Наприклад. Кількість рослин на одиниці площі, зерен у колосі, листків на гілці та ін.

У випадку неперервних ознак значення варіант виражаються об’ємом, довжиною і т. д., між якими можливі будь-які переходи з необмеженою кількістю можливих значень.

Наприклад. Довжина хвої, маса насіння, діаметр дерева та ін.

Якісні ознаки — це такі ознаки, відмінність між якими можна виразити якісними характеристиками, які одні варіанти мають, а інші ні.

Наприклад. Колір, форма, смак та ін.

Якщо ознака має лише два взаємовиключні значення (хворий — здоровий, забарвлений — прозорий та ін.), то вона називається альтернативною.

Важливу роль у біометричному опрацюванні результатів спостережень має точність вимірювання ознак. Як правило, виміри здійснюються до десятих, сотих або тисячних часток одиниці. В окремих випадках дотримуються і вищих значень, коли від цього залежить обчислення середніх величин. Загалом точність обчислень не має перевищувати точності вимірів.

Дослідження ознак супроводжується отриманням наближених величин, які постійно потрібно заокруглювати. Тому доцільно дотримуватися таких правил:

  1. Якщо за цифрою, яку потрібно заокруглити, стоїть цифра, менша за п’ять, то заокруглення не здійснюється, а якщо більша за п’ять — то цифра, яка заокруглюється, збільшується на одиницю.

Наприклад. Заокруглення наступних чисел до сотих дасть такі результати:

37.843 = 37.84; 85.346 = 85.35.

  1. Якщо за цифрою, яку потрібно заокруглити, стоїть цифра п’ять, то її залишають без змін, якщо вона є парною або дорівнює нулю, і заокруглюють, якщо вона є непарною.

Наприклад. Заокруглення наступних чисел до сотих дасть такі результати:

12.365 = 12.36; 24.505 = 24.50; 48.575 = 48.58.

Висновки.

Отже, предметом біометрії є будь-який біологічний об’єкт, результати дослідження якого мають кількісне або якісне вираження й отримуються після здійснення спостереження.

Спостереження — це збір первинних даних про об’єкт, який підлягає вивченню.

Сукупність відносно однорідних одиниць спостереження, які об’єднані умовами експерименту, називається статистичною сукупністю. Загальна кількість варіант статистичної сукупності має назву обсяг вибірки. Декілька статистичних сукупностей можуть бути об’єднані у статистичні комплекси.

В історії розвитку біометрії можна виділити такі періоди: 1) описовий; 2) статистичний; 3) формальний; 4) раціоналістичний; 5) математично-біологічний.

Ознака — це така характерна особливість у будові чи функції живих організмів, за якою їх можна відрізнити один від одного. Ознаки поділяються на якісні (атрибутивні), які неможливо виміряти, і кількісні, які піддаються безпосереднім вимірам. Розрізняють перервні (дискретні) та неперервні кількісні ознаки.

Література.

Горошко М.П. Біометрія: Навчальний посібник / М.П. Горошко, С.І. Миклуш, П.Г. Хомюк. – Львів: Камула, 2004. – 236 с.

Лакин Г.Ф. Биометрия: Учебное пособие для биологических специальностей вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. / Г.Ф. Лакин. – М.: Высшая школа, 1980. – 294 с.

Математическая статистика / В.М. Иванова, В.Н. Калинина, Л.А. Нешумова и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1981. – 371 с.

Запитання.

Дайте визначення біометрії як наукової дисципліни.

Поняття спостереження та етапи його проведення.

Статистичні сукупності і статистичні комплекси.

Історичні періоди розвитку біометрії.

Види ознак.

Точність вимірювання ознак.

База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка
Інформація Автореферат Анализ Диплом Додаток Доклад Задача Закон Занятие Звіт Инструкция

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий