Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов магистерской программы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Институт наук о Земле

Кафедра геоэкологии

Столярова О.А. Численные методы анализа в экологии и природопользовании. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов магистерской программы «Геоэкологические основы устойчивого водопользования», направления 022000.68 Экология и природопользование, очной формы обучения. Тюмень, 2013, 16 стр.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: к.г.н., доцент С.И. Ларин.

1. 
   Пояснительная записка
   

1. 
   Цель и задачи дисциплины:
   

1. 
   выработать умение самостоятельно использовать современные компьютерные технологии при обработке и статистическом анализе информации в экологии и природопользовании;
   
2. 
   научить общим принципам математической обработки и визуализации геоэкологической информации;
   
3. 
   научить общим принципам выполнения геоэкологической интерпретации результатов математического анализа, моделирования и прогноза природных и техногенных процессов.
   

2. 
   Место дисциплины в структуре ООП магистратуры:
   

3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО.

• 
  Знанием современных компьютерных технологий, применяемых при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче географической информации; способностью самостоятельно использовать современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности (ОК-2);
  
• 
  Владением методами оценки репрезентативности материала, объема выборок при проведении количественных исследований, статистическими методами сравнения полученных данных и определения закономерностей (ОК-4);
  

2. 
   Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
   

3. 
   Содержание дисциплины.
   

1. 
   Одномерные статистические модели. Условия применения. Генеральная и выборочные совокупности. Основные требования к выборочной совокупности (массовость, однородность, случайность, независимость). Лабораторная работа 1. Составление выборок, подготовка данных для статистической обработки, проверка принадлежности крайних минимальных и максимальных значений к выборке.
   
2. 
   Основные геоэкологические задачи одномерных статистических моделей - оценка параметров объектов, статистическая проверка гипотез. Лабораторная работа 2. Расчет статистических параметров распределения анализируемых геоэкологических параметров. Построение и анализ гистограмм, проверка статистических гипотез распределения с использованием программных продуктов STATISTICA и Exel.
   
3. 
   Статистическая оценка параметров геоэкологических объектов. Функция распределения плотности вероятности, дискретное и непрерывное распределение. Характеристика функций распределения и их свойства: математическое ожидание, мода, медиана, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, асимметрия и эксцесс. Лабораторная работа 3. Оценка значимости различия значений математического ожидания и дисперсии распределения по параметрическим и непараметрическим критериям.
   
4. 
   Построение и анализ гистограмм. Средние значения в геоэкологии и их использование для решения различных задач. Средние: арифметическое, взвешенное, квадратическое, кубическое, геометрическое. Точность оценок. Функции распределения вероятностей случайных величин. Статистические гипотезы и критерии их проверки. Лабораторная работа 4. Построение и анализ диаграмм рассеяния.
   

1. 
   Корреляция, факторный анализ и регрессия. Понятие корреляционной зависимости. Характеристика корреляционной связи по тесноте и форме. Изучение корреляционных зависимостей табличным, графическим и аналитическими методами. Парная корреляция. Последовательность вычислительных операций, примеры. Значимость коэффициента корреляции. Использование корреляционной связи для сравнения выборок. Понятие множественной корреляции. Ранговая корреляция. Лабораторная работа 5. Изучение корреляционных зависимостей (парная, ранговая корреляция, факторный и кластерный анализ).
   
2. 
   Методы интерпретации корреляционных связей (корреляционных матриц). Кластерный анализ. Понятие метода главных компонент (МГК) и факторного анализа (ФА). Лабораторная работа 6. Интерпретация результатов статистической обработки геоэкологических данных.
   

4. 
   Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
   

1. 
   Что такое "выборочная совокупность"?
   
2. 
   Средние значения в геоэкологии и их использование для решения различных задач.
   

1. 
   Условия применения одномерных статистических моделей.
   
2. 
   Статистический анализ и моделирование пространственных переменных и решаемые задачи в геоэкологии.
   

1. 
   Случайное событие и вероятность его появления.
   
2. 
   Средневзвешенное. Способы взвешивания.
   

1. 
   Сущность регрессионного анализа и его применения в геоэкологии и природопользовании.
   
2. 
   Статистическая оценка параметров природных объектов и процессов.
   

1. 
   Сущность и примеры использования регрессионного анализа.
   
2. 
   Виды средних значений и способы их вычисления.
   

1. 
   Способы изучения корреляционных зависимостей.
   
2. 
   Основные геоэкологические задачи, решаемые с помощью одномерных статистических моделей.
   

1. 
   Линейная и нелинейная регрессия.
   
2. 
   Понятие и характеристика корреляционной зависимости применительно к природным образованиям и процессам.
   

1. 
   Сущность аналитического метода корреляционного анализа.
   
2. 
   Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и параметрические критерии их проверки.
   

1. 
   Методы изучения корреляционных зависимостей.
   
2. 
   Функция распределения вероятностей случайной величины и её основные свойства.
   

1. 
   Множественная корреляция.
   
2. 
   Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и непараметрические критерии их проверки.
   

1. 
   Способы графического представления свойств случайной дискретной величины.
   
2. 
   Однофакторный дисперсионный анализ.
   

1. 
   Условия применения параметрических и непараметрических статистических критериев.
   
2. 
   Математическое ожидание, мода, медиана.
   

1. 
   Центральные моменты случайной величины.
   
2. 
   Двуфакторный дисперсионный анализ.
   

1. 
   Статистические методы выделения ассоциаций химических элементов.
   
2. 
   Кластер-анализ.
   

1. 
   Генеральная и выборочные совокупности.
   
2. 
   Факторный анализ многомерных совокупностей.
   

1. 
   Современные тенденции в статистической обработке данных в геоэкологии и природопользовании.
   
2. 
   Специфика природных образований и геоэкологических процессов как объектов математического анализа и моделирования.
   
3. 
   Особенности статистической обработки малых выборок.
   
4. 
   Способы оценки информативности и статистической устойчивости единичных наблюдений.
   
5. 
   Обработка данных с помощью скользящего окна (статистическими палетками).
   
6. 
   Тренд-анализ при обработке данных в геоэкологии и природопользовании.
   

1. 
   Понятия и определения анализа экологических систем.
   
2. 
   Основные методы, применяемые при математическом анализе экосистем.
   
3. 
   Объекты, предмет исследования и средства экологической информатики.
   
4. 
   Методы и средства экоинформатики.
   
5. 
   Обработка экоданных, Экологические объекты, База данных, Система управления базами данных, Метаданные, Экологические метаданные.
   
6. 
   Накопление и хранение экологических данных.
   
7. 
   Таксономии объектов.
   
8. 
   Математические методы обработки экологических данных.
   
9. 
   Обработка исходных данных.
   
10. 
    Виды проверки достоверности экоданных.
    
11. 
    Статические знания, или декларативные знания.
    
12. 
    Динамические знания, или продукционные знания.
    
13. 
    Статистическая гипотеза.
    
14. 
    Компьютерно- информационные системы хранения и отображения экологических данных.
    
15. 
    Географические информационные системы (ГИС).
    
16. 
    Планирование выборки экологических данных.
    
17. 
    Основные этапы процедуры выборки экоданных.
    
18. 
    Экоданные в цифровой форме.
    
19. 
    Интерполяция и визуализация экоданных.
    
20. 
    Статистический анализ экологических данных.
    
21. 
    Классификация статистических данных.
    
22. 
    Качественное описание экоданных.
    
23. 
    Упорядоченное описание экоданных.
    
24. 
    Интервальное описание.
    
25. 
    Временные ряды.
    
26. 
    Статистические меры случайных экологических данных.
    
27. 
    Проверка гипотезы.
    
28. 
    Процедура тестирования гипотезы.
    
29. 
    Основные статистические критерии для проверки гипотезы о законах распределения случайных величин.
    
30. 
    Регрессионные модели и корреляционный анализ.
    
31. 
    Основы корреляционного анализа.
    
32. 
    Меры корреляционной связи.
    
33. 
    Нелинейные регрессионные модели.
    
34. 
    Методы цифровой фильтрации экологических сигналов.
    
35. 
    Фурье-анализ экологических данных.
    
36. 
    Периодограммы и функции когерентности экологических данных.
    

5. 
   Образовательные технологии.
   

• 
  В учебном процессе используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий: дискуссия, командная работа, поисковый метод, обучение на основе опыта
  
• 
  самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
  
• 
  изучение теоретического материала для выполнения лабораторных работ с использованием реальных данных по геоэкологии и природопользованию, справочников, специальной литературы, выполнение проблемно-ориентированных лабораторных работ.
  

6. 
   Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
   

1. 
   Гетманчук А. В., Ермилов М. М. Экономико-математические методы и модели. Учебное пособие [Электронный ресурс] / А. В. Гетманчук, М. М. Ермилов. - М.: Дашков и Ко, 2012. - 186 с. - Режим доступа:http://www.biblioclub.ru/index.php?page=book&id=112332
   
2. 
   Афанасьев В. Н., Юзбашев М. М. Анализ временных рядов и прогнозирование. Учебник [Электронный ресурс] / В. Н. Афанасьев, М. М. Юзбашев. - М.: Финансы и статистика, 2010. - 162 с. - Режим доступа:http://www.biblioclub.ru/index.php?page=book&id=59379
   

1. 
   http://b-energy.ru/
   
2. 
   http://ecobez.narod.ru/organisations.html
   
3. 
   http://www.biodiversity.ru/publications/csd/contents.html
   
4. 
   www.consultant.ru
   
5. 
   www.control.mnr.gov.ru
   
6. 
   www.ecoinform.ru
   
7. 
   http://www.math.ru
   

7. 
   Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
   

1. 
   Аудитория, оборудованная компьютерно-мультимедийным комплексом для работы в программе PowerPoint.
   
2. 
   Компьютерный класс с возможностью выхода в Интернет для выполнения практической работы с использованием стандартным программ.