数学建模:(1)在一个很大的人群中通过血样检测普查某种疾病,假定血液为阳性的先验概率为p(通常p很小)。为减少检验次数,将人群分组,一组人的血样混合在一起化验。当某组混合血样呈现阴性时,既可不检验判定该组每个人的血样都是阴性;而当某组的混合血样呈阳性时,即可判定该组至少有一个人血样为阳性,需再对该组的每个人再做检验。 1>当p固定时(如0.01%,...,0.1%,...,1%,...)如何分组,即多少人一组,可使平均检验次数最少 2>当p多大时不应分组检验 3>当p固定时如何进行二次分组(把混合血样为阳性的组再分成小组检验,重复一次分组时的程序) 4>讨论其他分组方式,如二分法(人群一分为二,阳性组一分为二,继续下去),三分法等,重点写一下最后的分析讨论
时间: 2024-03-28 11:40:17 浏览: 78
1. 当p固定时,我们可以通过数学建模来推导出最小化平均检验次数的分组方案。假设每组有n个人,那么在一组混合血样呈阳性的情况下,需要对该组的n个人进行单独检验,因此检验次数为n+1;而在一组混合血样呈阴性的情况下,只需要检验一次混合血样即可判定该组每个人的血样均为阴性,因此检验次数为1。因此,对于一组有n个人的情况,平均检验次数为p(n+1)+(1-p)。我们可以对其求导,得到极小值点n*,即:
n* = sqrt(1/p)
因此,当p固定时,最小化平均检验次数的分组方案是每组将sqrt(1/p)个人的血样混合在一起化验。
2. 当p很大时,我们不应该分组检验。这是因为当p很大时,阳性的人数很可能会很多,这时候即使将若干人的血样混合在一起化验,混合血样仍然有很大可能会呈现阳性,这就需要对每个人的血样单独检验,分组检验的优势就会被抵消,反而引入了额外的复杂度。
3. 当p固定时,进行二次分组的思路和一次分组类似。首先将人群分成若干组,每组将sqrt(1/p)个人的血样混合在一起化验。对于混合血样呈阴性的组,直接判定该组每个人的血样均为阴性;对于混合血样呈阳性的组,将该组再次分成若干子组,每个子组将sqrt(1/p)个人的血样混合在一起化验,重复一次分组时的程序即可。
4. 其他分组方式,如二分法和三分法,可以类似地进行数学建模和推导。以二分法为例,即将人群一分为二,将每个子群的sqrt(1/p)个人的血样混合在一起化验。对于混合血样
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数学建模:在一个很大的人群中通过血样检测普查某种疾病,假定血液为阳性的先验概率为p(通常p很小)。为减少检验次数,将人群分组,一组人的血样混合在一起化验。当某组混合血样呈现阴性时,既可不检验判定该组每个人的血样都是阴性;而当某组的混合血样呈阳性时,即可判定该组至少有一个人血样为阳性,需再对该组的每个人再做检验。 <1>当p固定时(如0.01%,...,0.1%,...,1%,...)如何分组,即多少人一组,可使平均检验次数最少 <2>当p多大时不应分组检验 <3>当p固定时如何进行二次分组(把混合血样为阳性的组再分成小组检验,重复一次分组时的程序) <4>讨论其他分组方式,如二分法(人群一分为二,阳性组一分为二,继续下去),三分法等,包括重点写一下每个问题的分析讨论
1. 当p固定时,如何分组,即多少人一组,可使平均检验次数最少?
假设总人数为N,每组人数为m,组数为n(N=nm),则分组检验的平均检验次数为:
E = (1-p)^n * n + [1 - (1-p)^n] * (n + m)
其中第一项表示所有组都是阴性的情况下的平均检验次数,第二项表示至少有一组是阳性的情况下的平均检验次数。
为了使平均检验次数最少,需要求出E对m的导数dE/dm,使其等于0,解得:
m = sqrt(n/p)
将m代入E中,可得:
E = sqrt(Np) * sqrt(n) + sqrt(N/p) * (1 - 1/sqrt(n))
该式的极小值点为:
n = sqrt(Np)
因此,当p固定时,最优的分组方案是将人群分成sqrt(Np)组,每组人数为sqrt(N/p)。
2. 当p多大时不应分组检验?
当p越大,每个人血样为阳性的概率越大,分组带来的平均检验次数的减少也越小。当p接近于1时,每组都需要检验,分组的作用已经可以忽略不计。因此,当p越接近于1时,不应该进行分组检验。
3. 当p固定时如何进行二次分组?
在第一次分组中,将混合血样为阳性的组再分成k组,每组人数为m/k。设第二次分组的组数为n2,则有:
n = sqrt(Np)
k * n2 = n
每组的平均检验次数为:
E2 = (1 - p)^{n2} * n2 + [1 - (1 - p)^{n2}] * (n2 + m/k)
对E2求导,使其等于0,解得:
n2 = ln(1/p) / ln(1 - (1 - p)^{m/k})
因此,将混合血样为阳性的组再分成ln(1/p) / ln(1 - (1 - p)^{m/k})组,每组人数为m/k,进行二次分组可以使平均检验次数最少。
4. 其他分组方式的讨论,如二分法(人群一分为二,阳性组一分为二,继续下去),三分法等,包括重点写一下每个问题的分析讨论。
二分法:
二分法是将人群分为两组进行检测,如果其中一组为阳性,再将这一组分为两组继续检测。这个过程不断重复,直到所有人的血样都被检测过。假设总人数为N,每次分组后每组人数为m,则分组检验的平均检验次数为:
E = log2(N/m) + (1 - (1-p)^m) * log2(2)
其中第一项表示分组的次数,第二项表示至少有一组是阳性的情况下的平均检验次数。
对E求导,使其等于0,解得:
m = ln(1/p) / ln(1 - 1/(2^E))
因此,二分法的最优分组方案是每次将人群分为两组,每组人数为ln(1/p) / ln(1 - 1/(2^E))。
三分法:
三分法是将人群分为三组进行检测,如果其中一组为阳性,再将这一组分为三组继续检测。这个过程不断重复,直到所有人的血样都被检测过。假设总人数为N,每次分组后每组人数为m,则分组检验的平均检验次数为:
E = log3(N/m) + (1 - (1-p)^m) * log3(3)
其中第一项表示分组的次数,第二项表示至少有一组是阳性的情况下的平均检验次数。
对E求导,使其等于0,解得:
m = ln(1/p) / ln(1 - 1/(3^E))
因此,三分法的最优分组方案是每次将人群分为三组,每组人数为ln(1/p) / ln(1 - 1/(3^E))。
总的来说,分组检测的最优方案是与p有关的,当p较小时,分组可以显著减少平均检验次数,但当p较大时,分组的作用逐渐减小,直到可以忽略不计。二分法和三分法等多分法可以进一步减少平均检验次数,但需要更多的操作和时间。因此,在实际应用中需要综合考虑分组的效果和成本,选择最适合的分组方案。
基于stm32的检测血样的系统设计与开发,给出完整代码和解释
抱歉,这个问题太过具体和复杂,无法在一个回答中给出完整的代码和解释。设计和开发基于STM32的血样检测系统需要考虑到硬件和软件两个方面,包括但不限于以下内容:
硬件设计:
1. 选择合适的STM32芯片,根据需求设计电路板。
2. 设计样品处理模块,该模块包括样品处理管道、样品处理储存器和样品处理阀门等部分。
3. 设计检测模块,该模块包括光源、光电传感器、滤光片和检测电路等部分。
4. 设计控制模块,该模块包括电机控制、阀门控制和检测模块控制等部分。
5. 设计供电模块,该模块包括直流电源和电池等部分。
6. 设计数据处理模块,该模块包括显示屏和处理器等部分。
软件设计:
1. 编写底层驱动程序,包括对STM32芯片内部模块的驱动程序。
2. 编写控制程序,实现对样品处理模块、检测模块和控制模块的控制。
3. 编写数据处理程序,实现对检测结果的数据处理和显示。
4. 编写通信程序,实现与其他设备的通信。
5. 编写算法程序,实现对检测结果的分析和判断。
以上只是基本的设计要点,具体实现还需要根据具体需求进行补充和完善。因此,无法在一个回答中给出完整的代码和解释。建议您在进行具体设计时,参考相关的开发文档和教程,并在遇到具体问题时向相关技术社区或开发者论坛求助。
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