P—Ⅲ分布求矩适线法MATLAB实现与北海海域设计波高估计

介绍了P—Ⅲ分布求解参数的一种方法——求矩适线法。在一定的误差限内对样本的变差系数CU和均值x进行调整,然后调试偏态系数CS与CU之间的关系,并且按照绝对值准则挑选出一组最适合这组数据的参数值。并且给出了MATLAB的具体实现方法。最后介绍了P—Ⅲ分布求矩适线法在工程上的应用的一个例子,并且与P—Ⅲ分布矩法和极大似然法求参数进行了比较,求矩适线法求解参数,绝对值残差和最小,对数据拟合效果比较好。给出了北海海域的设计波高,为相关海洋工程的设计提供参考。     

遗传算法在P-Ⅲ型分布曲线参数估值中的应用

通过加入历史洪水等多种方案进行统计试验,较为全面地分析了遗传算法在P-Ⅲ型分布曲线参数估值中的应用问题.结果表明:基于绝对值准则的遗传算法具有良好的不偏性和有效性,统计性能优于矩法、适线法,且可以充分利用样本信息来优化参数,在设计值的不偏性上略优于线性矩法;基于遗传算法的适线求解中,绝对值准则优于平方和准则;遗传算法可以提高P-Ⅲ型分布曲线参数估值的精度,但尚需在实践中提高该方法的应用价值.     

P-Ⅲ型分布参数的线性矩估计法及期望概率研究

在总体为P-Ⅲ型分布的假定下,利用矩法、概率权重矩法、绝对值准则适线法及线性矩法4种方法估计未知参数,计算对比了P-Ⅲ型分布的期望概率。统计试验结果表明:适线法与线性矩法计算得出的期望概率结果较为接近,总体上都略优于概率权重矩法,而由矩法得到的期望概率远远高于设计频率,因而从期望概率这一角度论证线性矩法相对来说是合理有效的。     

基于规划求解的暴雨强度公式推求方法研究

在编制暴雨强度公式时,存在原始降雨资料中包含的异常值影响暴雨强度公式的准确度,皮尔逊-Ⅲ型理论频率曲线拟合工作量大等问题。针对以上问题,阐述了异常值剔除的方法,分析了变异系数(Cv)、偏态系数(Cs)对皮尔逊-Ⅲ型分布曲线拟合的影响规律。同时,基于重庆市酉阳县1993-2013年共计21a的暴雨资料,采用Excel规划求解优化皮尔逊-Ⅲ型分布曲线的拟合参数,分别利用基于规划求解的最小二乘法和高斯牛顿法,推求暴雨强度公式,并对其拟合精度和误差进行了对比分析。提出的规划求解法能有效避免拟合暴雨强度公式适线过程中目估适线法所导致的主观影响,通过对比分析解析了提高收敛速度和精度的暴雨强度总公式的推求方法。     

指数Γ分布在西南“四江”地区的应用

根据我国西南地区金沙江、雅砻江、澜沧江和怒江(简称“四江”)的年最大洪峰流量的分布特征,同时也针对P-Ⅲ型曲线与该地区洪水拟合中存在的缺陷,本文选择了指数Γ型分布曲线进行统计参数的计算和分析。文中包括了两个主要内容:(1)采用了绝对值离差和最小为目标函数S_(min)进行拟优适线,求得各统计参数,并且一次达可行域,所绘制的理论频率曲线,与“四江”地区年最大洪峰流量的实际分布的经验频率曲线基本相符,与P-Ⅲ型分布曲线所分析的结果相比较,有着明显的改善;(2)将偏态系数C_s、变换参数b以及偏态系数与偏差系数C_v之比值C_s/C_v結合起来进行分析,由于参数b的变化,可以使指数Γ型分布转化为适应于洪水系列的实际分布,这样就改变了过去让洪水系列去适应某种人为拟定的线型的局面,从而更进一步揭示出该地区洪水的统计特性与P-Ⅲ型分布特性不完全符合,相反与指数Γ型分布的特性符合得比较好。     

水文频率统计参数估计方法的探讨与应用

我国水利水电工程设计洪水计算规范中规定水文分析计算采用P-Ⅲ型分布线型,一般采用矩法估计参数初值,适线法确定统计参数,因Cv的估计与矩法的阶数有关,存在一定的估计偏差,给工程设计带来一定的影响。探讨了极大似然法、概率权重矩法、权函数法、单权函数法、双权函数法、适线法等参数估计方法。以蔡家村水文站55a连续长系列年径流资料和洪峰流量资料为例探讨了7种参数估计方法的应用,并以最小二乘法分析了方法误差,提出根据抽样样本性质选择恰当的参数估计方法是目前提高设计成果精度的方法之一。     

基于抽样分布理论的P-Ⅲ型分布均值的不确定性分析

针对P-Ⅲ型分布参数的不确定性问题,提出了应用抽样分布理论进行研究的方法。引入抽样分布及特征函数的概念,推导了P-Ⅲ型分布样本均值的分布函数,构造辅助随机变量并推导了其分布函数,在总体的离势系数和偏态系数已知情况下,结合上下概率分位点得到了总体均值的置信区间;方法应用于上犹江流域,计算得到了其设计洪峰的置信区间。理论推导表明,样本均值和辅助随机变量仍服从P-Ⅲ型分布,且辅助随机变量的分布参数仅与总体的离势系数和偏态系数有关。将该方法应用于上犹江流域,设计洪峰的置信区间合理,说明基于抽样分布理论研究P-Ⅲ型分布均值的不确定性是可行的,且分析结果受总体离势系数影响较大而受偏态系数影响较小。     

线性矩法在永定河三家店站设计暴雨计算中的适用性研究

选用三家店站实测70年最大24 h雨量序列作为样本,使用矩法和线性矩法对样本进行参数估计,分别选用P-Ⅲ分布以及线性矩图优选的三参数对数正态分布作为分布线型,对不同重现期的设计暴雨进行计算。结果表明,线性矩法在三参数对数正态分布下的计算成果与常规矩法P-Ⅲ分布适线成果差别在15%以内,线性矩法的计算成果优于常规矩法的P-Ⅲ适线成果,较之常规矩法成果提高了6%。     

MATLAB在P-Ⅲ型分布离均系数Φp值计算及频率适线中的应用

对近年来国内外在皮尔逊Ⅲ型曲线(P-Ⅲ型)分布离均系数Φp值的计算方面进行了简要回顾。重点研究了应用MATLAB6.0统计工具箱中的一些专用数学函数如何进行P-Ⅲ型分布离均系数Φp值的计算及频率适线问题。结果表明,由MATLAB编程所计算的P-Ⅲ型分布离均系数Φp值表计算精度高,没有数值发散区,完全能够满足工程水文科研和设计上的使用需要。利用其绘图函数可在MATLAB系统环境中直接进行P-Ⅲ型分布的目估适线,大大提高了设计功效。     

函数置换条件下P-Ⅲ参数的最小二乘计算

P-Ⅲ密度函数积分困难,参数一般都用估计方法得出,不确定度很大,为此利用三次函数替代密度函数中的指数函数(很小区间内),实现密度函数可积,得到理论上的累积概率,构建误差平方和的目标函数。由于该目标函数由多个变系数的复合函数构成,不能简单用求导方式得出关系方程式,因此给出了用方向搜索法求解的示例。因函数置换误差有特定规律,在计算过程中可以根据精度指标进行有效控制,使其得到的P-Ⅲ参数能够使频率曲线与样本点实现最优拟合。依靠简单的Excel模板,还能够精确计算各种参数条件下P-Ⅲ分布的理论值。     

概率权重矩法及其在P-Ⅲ分布中的应用

本文导出了P-Ⅲ分布参数与概率权重矩的关系式,表明了“分布函数的反函数必须为显函数”并非应用PWM法的必要条件,成功地将概率权重矩法应用于P—Ⅲ分布的参数估计,并通过统计试验法比较了概率权重矩法、矩法、极大似然法和适线法。统计试验结果表明,在估计P-Ⅲ分布统计参数时,概率权重矩法具有较好的统计性质。     

直接求解P-Ⅲ型分布函数的水文频率计算

皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ型)频率曲线作为中国规定的水文频率线型,其累计频率的计算一般是借助查"P-Ⅲ型频率曲线离均系数Φ值表"进行的。介绍不使用Φ值表的水文频率计算方式:用程序直接求解P-Ⅲ型频率分布函数的水文频率计算。该计算方法可以对P-Ⅲ型频率曲线的3个统计参数进行优化计算。阐述了利用IMSL FORTRAN程序库编写该程序的要点。     

指数Gamma分布在无资料地区水文频率分析中的应用研究

指数Gamma分布在水文频率分析中具有良好的普适性和拟合弹性,该文探讨了该分布的参数等值图法在无资料地区的应用情况。选取江谷河流域作为研究区域,基于指数Gamma分布采用参数等值线图法对该地区暴雨序列进行频率分析,与采用参数等值线图法的P-Ⅲ型分布计算结果和采用优化适线法的指数Gamma分布计算结果进行对比研究,分析指数Gamma分布在无资料地区水文频率分析结果的可靠性。计算结果表明,采用参数等值线图法计算得到的设计值与优化适线法计算得到的设计值各有优劣,且多数优于采用参数等值线图法P-Ⅲ型分布的计算结果,指数Gamma分布可以用于无资料地区的水文频率计算。文中参数估计方法以期为我国水文频率分析及相关软件开发提供支撑。     

层次单权分析法估计P-Ⅲ型分布参数的探讨

针对设计洪水计算中P-Ⅲ型分布参数的估计，提出将层次分析法与权函数法相结合的新思路。其中，层次分析法根据资料的可靠性等将数据分组并分别给定不同的权重，以此权重优化系列的均值和变差系数；然后再结合权函数法估计偏态系数。实例分析表明，该方法更符合实际且拟合误差较小，具有一定的参考价值。     

九龙江流域洪水参数分布规律及应用

针对九龙江及邻近地区面积30km^2—8490km^2流域，以实测资料为依据，并加入历史调查洪水资料，以P-Ⅲ线型分析区域内13站点洪水成果，经地区综合，建立年最大洪峰流量均值Q↑-m、变差系数Cv经验公式及Cs／Cv取值范围，并提出洪水计算应用办法，可供本区域无资料地区流域规划及工程设计推求设计洪水之用。     

设计洪水估计值的抽样误差分析与应用

在设计洪水估计值的抽样误差分析中,采用B值诺模图方法估计均方误差简单易用。文章对在水电工程中经常采用的P-Ⅲ型经验适线法估计的设计洪水成果如何借助优化适线法参数来估算设计洪水值的抽样误差进行了分析说明。不同的优化适线法会得到不同的诺模系数B,估算设计洪水估计值的抽样误差时,选用某一准则的优化适线要使用相应的诺模系数B值。并分别对实测洪水的连序系列及含历史洪水的不连序系列资料进行了应用分析。     

水文频率计算中参数估计方法述评

介绍了目前常见的水文频率分布模型统计参数的估计方法(不包括目估适线法)，以三参数Γ分布模型为例，进行了分析和比较。各种方法的估计结果，对均值、离差系数和设计值的内插部位比较接近，但偏态系数和设计值的外延部位有一定差异。     

水文频率计算中参数估计方法的统计试验研究

本文采用统计试验方法,对于P-Ⅲ型曲线分析对比了矩法、极大似然法和适线法.在适线法中分析比较了七种不同的适线准则,并着重比较了其中的平方准则φ_1和绝对值准则φ_2,同时也分析比较了各种不同的经验频率公式.另外,还研究了历史洪水的作用.大量计算结果表明:矩法所得的设计值X_p,其期望值EX_p比总体真值x_p~0偏小较多,不够安全;极大似然法虽具有较好性质,但由于P-Ⅲ曲线在C≥2时似然方程无解,因此无法普遍使用;在适线法中发现适线准则对结果的影响很大,φ_2准则配合期望值公式(简记为φ_2-W)一般能使EX_p,稍大于x_p~0,较小(与矩法接近),因此φ_2-W适线法是较好的一种估计方法,应予采用.考虑历史洪水一般使EX_p增大、σx_p降低,因此是提高计算成果质量的重要措施.给出了历史洪水折算长度的参照数值,计算了历史洪水误差的影响.并修正了计算设计洪水安全改正值用的B值图.     

基于MATLAB的P-Ⅲ型频率曲线参数估算的优化

利用线性矩法对P-Ⅲ型频率曲线参数进行了优化估算,采用最小二乘法进行最优曲线的判断,通过试算确定最优频率分布曲线参数,并运用MATLAB编程实现了这一过程的程序化,最终可输出相应最优曲线的水文变量设计值。将输出的最优曲线结果与传统的目估适线法结果进行对比,结果表明:该方法和目估适线法的计算结果比较吻合,可以用于实际工程。     

皮尔逊Ⅲ型分布三参数估计新方法

通过对现行有关P-Ⅲ型分布三参数估计的研究，以理论为指导，在传统矩法估计均值、均方差（变差系数）、偏态系数三参数的基础上，提出以“修正系数”的简明计算式的矩法修正法（NMM）来解决所存在的偏离“理论值”的问题，不仅给出了正偏时的“修正系数”计算式，而且也给出了负偏情况下的表达式。大量例证表明，所推荐的表达式，不仅概念明晰，计算精度高，计算简便，便于推广应用。对考虑历史洪水时，三参数的估计也给出了具体相应方法。同时，以若干水利工程设计中的实例，以佐证推荐计算式的实用性。