python-labs/TEMA9/test.md

Тест по Теме 9 Модуль 3

Володин Денис, А-02-23

Задание (Вариант 1)

M3_1

1. Создайте модуль М1, содержащий две функции:

• функция 1: аргумент - список или кортеж с выборкой; функция должна произвести расчет по выборке оценки её дисперсии DX, а также наименьшего и наибольшего значений и вернуть эти значения в вызывающую программу в виде списка;

• функция 2: аргументы - два списка или кортежа с выборками X и Y; функция должна произвести с помощью функции 1 расчет статистик по выборкам и рассчитать статистику Фишера: F=DX/DY

2. Создайте еще один модуль М2, в котором должны выполняться следующие операции:

• запрашивается имя бинарного файла с выборками X и Y, проверяется его наличие и при отсутствии - повторяется запрос;

• выборки считываются из файлов;

• с помощью функции 1 по выборкам рассчитываются их статистики,

• с помощью функции 2 рассчитывается значение статистики Фишера,

• если числа элементов в выборках одинаково, графически отображается поле рассеивания для Х и Y;

• результаты расчета с соответствующими заголовками выводятся в текстовый файл.

3. Создайте модуль М0 - главную программу, которая вызывает М2 и отображает результаты расчета на экране.

4. Создайте 2 бинарных файла: с выборками одинакового размера и с выборками разного размера. Проверьте программу с использованием этих файлов.

Решение

Создание бинарных файлов

import pickle
import random
from m2 import save_samples

def create_test_files():
    print("\n1. Создание файла с выборками одинакового размера:")
    sample_x1 = [random.uniform(1, 10) for _ in range(10)]
    sample_y1 = [random.uniform(5, 15) for _ in range(10)]
    save_samples("test1.pkl", sample_x1, sample_y1)
    print("\n2. Создание файла с выборками разного размера:")
    sample_x2 = [random.uniform(0, 20) for _ in range(15)]
    sample_y2 = [random.uniform(10, 30) for _ in range(8)]
    save_samples("test2.pkl", sample_x2, sample_y2)
    print("\n1. test1.pkl      - одинаковый размер (10 и 10)")
    print("2. test2.pkl  - разный размер (15 и 8)\n")

create_test_files()

M1

def calculate_stats(sample):
    n = len(sample)
    mean = sum(sample) / n
    var = sum((x - mean) ** 2 for x in sample) / (n - 1) if n > 1 else 0
    min_val = min(sample)
    max_val = max(sample)
    return [var, min_val, max_val]
    
def calculate_f_statistic(sample_x, sample_y):
    stats_x = calculate_stats(sample_x)
    stats_y = calculate_stats(sample_y)
    dx = stats_x[0]
    dy = stats_y[0]
    f_statistic = dx / dy
    return f_statistic

M2

import os
import pickle
import matplotlib.pyplot as plt
from m1 import calculate_stats, calculate_f_statistic

def save_samples(filename, sample_x, sample_y):
    data = {
        'sample_x': sample_x,
        'sample_y': sample_y,
        'info': f"Выборки: X({len(sample_x)}), Y({len(sample_y)})"
    }
    with open(filename, 'wb') as f:
        pickle.dump(data, f)
    print(f"Файл сохранен: {filename}")

def read_samples(filename):
    with open(filename, 'rb') as f:
        data = pickle.load(f)
    return data['sample_x'], data['sample_y']

def get_valid_filename():
    while True:
        filename = input("Введите имя файла с выборками (.pkl): ")
        if not filename.endswith('.pkl'):
            filename += '.pkl'
        if os.path.exists(filename):
            return filename
        else:
            print(f"Файл '{filename}' не найден.")

def show_plot(sample_x, sample_y, filename):
    if len(sample_x) != len(sample_y):
        print(f"Размеры выборок не совпадают: X={len(sample_x)}, Y={len(sample_y)}")
        return
    plt.figure(figsize=(8, 6))
    plt.scatter(sample_x, sample_y, color='blue', alpha=0.6)
    plt.xlabel('Выборка X')
    plt.ylabel('Выборка Y')
    plt.title(f'Поле рассеивания ({filename})')
    plt.grid(True)
    plt.show()

def process_samples():
    filename = get_valid_filename()
    print(f"\nЧтение файла: {filename}")
    sample_x, sample_y = read_samples(filename)
    print(f"Выборка X: {len(sample_x)} элементов")
    print(f"Выборка Y: {len(sample_y)} элементов")
    stats_x = calculate_stats(sample_x)
    stats_y = calculate_stats(sample_y)
    f_value = calculate_f_statistic(sample_x, sample_y)
    result_file = filename.replace('.pkl', '_results.txt')
    with open(result_file, 'w', encoding='utf-8') as f:
        f.write("РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА\n\n")
        f.write(f"Файл данных: {filename}\n")
        f.write(f"Размер X: {len(sample_x)}\n")
        f.write(f"Размер Y: {len(sample_y)}\n\n")
        f.write("ВЫБОРКА X:\n")
        f.write(f"  Дисперсия: {stats_x[0]:.6f}\n")
        f.write(f"  Минимум: {stats_x[1]:.6f}\n")
        f.write(f"  Максимум: {stats_x[2]:.6f}\n\n")
        f.write("ВЫБОРКА Y:\n")
        f.write(f"Дисперсия: {stats_y[0]:.6f}\n")
        f.write(f"Минимум: {stats_y[1]:.6f}\n")
        f.write(f"Максимум: {stats_y[2]:.6f}\n\n")
        f.write("СТАТИСТИКА ФИШЕРА:\n")
        f.write(f"  F = {f_value:.6f}\n\n")

    if len(sample_x) == len(sample_y):
        show_plot(sample_x, sample_y, filename)

    return {
        'filename': filename,
        'x_size': len(sample_x),
        'y_size': len(sample_y),
        'x_variance': stats_x[0],
        'y_variance': stats_y[0],
        'f_value': f_value,
        'result_file': result_file
    }

M0

from m2 import process_samples

results = process_samples()
if results:
    print("\n=== РЕЗУЛЬТАТЫ НА ЭКРАНЕ ===")
    print(f"Файл: {results['filename']}")
    print(f"Размеры: X={results['x_size']}, Y={results['y_size']}")
    print(f"\nДисперсия X: {results['x_variance']:.4f}")
    print(f"Дисперсия Y: {results['y_variance']:.4f}")
    print(f"Статистика Фишера F: {results['f_value']:.4f}")
    print("\nПрограмма завершена.")

Результаты

1. Создание файла с выборками одинакового размера:
Файл сохранен: test1.pkl

2. Создание файла с выборками разного размера:
Файл сохранен: test2.pkl

1. test1.pkl      - одинаковый размер (10 и 10)
2. test2.pkl  - разный размер (15 и 8)

Введите имя файла с выборками (.pkl):  test1.pkl

Чтение файла: test1.pkl
Выборка X: 10 элементов
Выборка Y: 10 элементов

=== РЕЗУЛЬТАТЫ НА ЭКРАНЕ ===
Файл: test1.pkl
Размеры: X=10, Y=10

Дисперсия X: 3.4989
Дисперсия Y: 9.8973
Статистика Фишера F: 0.3535

Программа завершена.

Введите имя файла с выборками (.pkl):  test2.pkl

Чтение файла: test2.pkl
Выборка X: 15 элементов
Выборка Y: 8 элементов

=== РЕЗУЛЬТАТЫ НА ЭКРАНЕ ===
Файл: test2.pkl
Размеры: X=15, Y=8

Дисперсия X: 55.5074
Дисперсия Y: 28.3171
Статистика Фишера F: 1.9602

Программа завершена.