Методы научных исследований. Часть 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

 

Кафедра физико-технического контроля
процессов горного производства 

В.В. Набатов 
 
 

Методы научных исследований

Часть 1 

Руководство по лабораторно-практическим занятиям 
и самостоятельной работе для студентов специальности 
131201 «Физические процессы горного 
или нефтегазового производства» 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской 
Федерации по образованию в области горного дела 
в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся 
по специальности «Физические процессы горного или нефтегазового 
производства» направления подготовки «Горное дело»

Москва 2014 

УДК [311.1(620.179.1+550.8+550.82)](075.8) 
 
 

Р е ц е н з е н т ы :  
начальник научно-технического отдела Исполнительной дирекции 
Тоннельной ассоциации России, д.т.н., С.В. Мазеин 
С.н.с. ИПКОН РАН, к.т.н., А.П. Аверин 

Набатов, В.В. 
 
 
Методы научных исследований. Руководство по лабораторно-практическим занятиям и самостоятельной работе для студентов специальности 131201 «Физические процессы горного 
или нефтегазового производства». Часть 1. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2014. – 77 с. 
ISBN 978-87623-853-5 

Первая часть лабораторных работ посвящена вопросам первичных преобразований данных и их визуализации. Отдельного внимания удостоилась 
работа с логарифмическими шкалами. Особенностью лабораторных работ 
является то, что в них используется материал, связанный со специальностью 
студентов (геофизика, геомеханика, дефектоскопия, горное дело). Даны примеры, когда та или иная форма визуализации подчёркивает важные особенности данных. Для всех примеров дана интерпретация результатов. Руководство может использоваться для самостоятельной работы студентов и содержит списки индивидуальных заданий. Также руководство может быть использовано при проведении лабораторно-практических занятий магистров 
по дисциплине «Методология научного исследования». 

УДК [311.1(620.179.1+550.8+550.82)](075.8) 

ISBN 978-87623-853-5 
© В.В. Набатов, 2014 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Вводные замечания ....................................................................................4 
Лабораторная работа № 1. Первичная обработка данных 
в пакете statistica. Часть 1............................................................................5 
1.1. Цель работы.....................................................................................5 
1.2. Основные сведения..........................................................................5 
1.3. Ввод данных....................................................................................6 
1.5. Использование рабочих журналов ......................................................11 
1.4. Табличные операции над данными ...............................................10
1.5. Использование рабочих журналов.............................................11 
1.6. Выбор активной таблицы данных.................................................13 
1.7. Вопросы по лабораторной работе .................................................14 
Лабораторная работа № 2. Первичная обработка данных в 
пакете statistica. Часть 2............................................................................15 
2.1. Цель работы...................................................................................15 
2.2. Импорт данных из файла ASCII-формата.....................................15 
2.3. Первичные преобразования данных..............................................17 
2.4. Вопросы по лабораторной работе .................................................20 
Лабораторная работа № 3. Методы визуализации 2d-данных. 
Часть 1......................................................................................................21 
3.1. Цель работы...................................................................................21 
3.2. Работа с диаграммами рассеяния...................................................21 
3.3. Работа со столбчатыми диаграммами ...........................................26 
3.4. Вопросы по лабораторной работе .................................................34 
Лабораторная работа № 4. Методы визуализации 2d-данных. 
Часть 2......................................................................................................35 
4.1. Цель работы...................................................................................35 
4.2. Кусочно-линейная интерполяция..................................................35 
4.3. Построение графиков функций.....................................................41 
4.4. Работа с двойными Y-осями..........................................................45 
4.5. Вопросы по лабораторной работе .................................................53 
Лабораторная работа № 5. Работа с логарифмическими 
масштабами при визуализации 2d-данных...............................................54 
5.1. Цель работы...................................................................................54 
5.2. Логарифмический масштаб при визуализации 2D-данных ..........54 
5.3. Проблемные аспекты при использовании 
логарифмического масштаба...............................................................63 
5.4. Вопросы по лабораторной работе .................................................66 
Задания для самостоятельной работы......................................................67 
Дополнительные указания преподавателю..............................................74 
Список литературы...................................................................................76 

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 

Создайте свою папку в каталоге "с:\study\studentsYYYY\ 
gfNNNN\mydir", где "YYYY" – это четыре цифры года проведения 
данных занятий, NNNN – номер группы, а "mydir" – это имя вашей 
папки, которое можете выбрать любым.  
В процессе работы все указанные в данном руководстве файлы 
(например, файлы обрабатываемых экспериментальных данных) 
нужно сначала скопировать в свою папку и только после этого 
их открывать в Statistica. В свою же папку необходимо копировать 
результаты обработки (таблицы данных, графики, диаграммы). 
При работе стоит учитывать, что все названия меню Statistica, 
формулы, значения, которые нужно вписывать в те или иные поля, 
даются в кавычках. Это делается для того, чтобы отделить собственно текст задания и значение. Кавычки при выполнении лабораторной 
работы набирать не нужно.  

* * * 

На предмет замеченных неточностей, вопросов и критики просьба 
писать на nv4@mail.ru.  

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. 
ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ 
В ПАКЕТЕ STATISTICA. ЧАСТЬ 1 

1.1. Цель работы 

Целью работы является ознакомление с интерфейсом пакета 
Statistica, функциями импорта и экспорта данных с учётом специфических особенностей пакета. Получение представлений о первичных 
преобразованиях данных1. 

1.2. Основные сведения 

Программный пакет Statistica предназначен для статистической 
обработки данных, подготавливаемых либо путем ввода с клавиатуры, либо из внешних файлов данных. Они сохраняются (записываются на диск) в файлах в особом формате, этим файлам присваивается 
расширение "*.sta". Пакет позволяет импортировать данные из файлов, записанных в других форматах (ASCII код, Excel и др.).  
Запустите пакет Statistica 6.0. Для этого на рабочем столе найдите 

иконку 
 и запустите пакет двойным кликом по ней. На рис. 1.1 

представлена область данных, которая появится после загрузки 
пакета. Она представляет собой табличный редактор, в рамках которого существует два ключевых понятия: Vars и Cases. 
Vars – переменные (столбцы), группы данных объёдинённых одним физическим смыслом. Конкретно это могут быть значения деформации, нагрузки, параметров электромагнитной эмиссии и пр. 
Cases – конкретные численные значения переменных (строки). 
Таким образом, в одном и том же столбце хранятся все численные 
значения одного измеренного параметра (например, все значения 
деформации, зафиксированные в процессе нагружения образца). 
А в одной и той же строке хранятся все значения всех параметров, 
которые регистрировались в опыте в один и тот же момент времени 
(например, в процессе нагружения образца регистрировались деформация, а также акустическая и электромагнитная эмиссия), которому 
соответствует данная строка.  

––––––––– 
1 Лабораторная работа разработана с участием Вознесенского А.С. 

Количеством Vars и Cases можно управлять с помощью специального меню. По умолчанию пакет Statistica предлагает поле для 10 
переменных и 10 их значений. 

 

Рис. 1.1. Область данных 

1.3. Ввод данных 

Запустите пакет Statistica 6.0. В меню "File" (файл) выберите пункт 
"New" (новый). Вы получите диалоговое окно, представленное 
на рис. 1.2 Опцию "Placement" переключите на значение "As standalone window" (как отдельное окно).  

 

Рис. 1.2. Диалоговое окно параметров нового документа 

Количество переменных (Number Of Variabes) установите равным 
3, количество возможных значений для переменных (Number Of 
Cases) равным 16. Полученную область данных из 3-х столбцов и 16ти строк заполните вручную, как на рис. 1.3, полностью сохраняя 
последовательность всех значений во всех столбцах. 

1 
1 
0 

2 
1 
1 

3 
1 
2 

4 
1 
3 

1 
2 
1 

2 
2 
2 

3 
2 
3 

4 
2 
2 

1 
3 
2 

2 
3 
3 

3 
3 
3 

4 
3 
4 

1 
4 
4 

2 
4 
3 

3 
4 
2 

4 
4 
3 

 
Рис. 1.3. Данные для ввода 

В меню "File" выберите пункт "Save" (сохранить). Или нажмите 
Ctrl+S. В открывшемся диалоговом окне найдите область "Тип файла".  
Раскрыв ниспадающий список, вы можете выбрать формат, в котором 
будет сохранён документ. Например, это может быть формат Excel – 
"*.xls" или формат текстового файла – "*.txt". В последнем случае данные будут записаны на жёсткий диск в виде ASCII-кода (произносится 
как "аски" или "эски"). Выберите формат "Statistica Spreadsheet Files" 
(файлы электронных таблиц Statistica). В области "Имя файла" впишите 
"3x16_table.sta". Сохраните файл в свою папку.  

В результате ваши данные будут сохранены на жёсткий диск 
в формате Statistica. Файлы этого формата имеют расширение "*.sta" 
и представляют собой бинарный код. Запомните имя этого файла, 
он вам понадобится позже для выполнения ряда заданий. 
В меню "File" выберите пункт "Save As" (сохранить как). Или 
нажмите F12. Раскрыв ниспадающий список "Тип файла", найдите 
пункт меню "Text File (*.txt)".  
В открывшемся диалоговом окне (см. рис. 1.4) в области "Field 
Separator" (разделитель полей) выберите опцию "Tab". Данная опция означает, что переменные (столбцы) в создаваемом текстовом 
файле будут отделяться знаком табуляции. Подобный знак (при импорте и экспорте файлов) называется сепаратором. Раздел "Range" 
(диапазон данных) позволяет сохранить не все данные, а только определённую их часть – вы можете указать, с какой по какую переменную и с какого по какое значение вы желаете экспортировать. 
Оставьте этот раздел неизменным. Нажмите кнопку "OK". Найдите 
получившийся текстовой файл на диске. Откройте его.  

 

Рис. 1.4. Диалог экспорта данных в текстовой файл 

В области "Field Separator" (рис. 1.4) вы так же можете найти 
другие опции. Опция "Space" означает, что столбцы будут отделены 
сепаратором "пробел". Опции "Comma" и "Semicolon" обозначают 
сепараторы "запятая" и "точка с запятой" соответственно. Опция 
"User-definded" (определяемый пользователем) позволит назначить 
любой удобный вам символ (например, знаки "&" или "~"). Подобный широкий выбор разделителей нужен для последующего импорта 
экспортированных данных в другие пакеты обработки – при импорте 
в другой пакет вы обычно можете указать, какой сепаратор используется в импортируемом файле.  
Отдельное внимание стоит обратить на то, что сепаратор не должен совпадать с другими знаками. Например, запятая может уже использоваться как разделитель целой и дробной части в десятичных 
дробях. В этом случае, если включить распознание запятой как сепаратора, запятая десятичной дроби при импорте будет ошибочно воспринята программой как разделитель переменной. Поэтому при операциях импорта и экспорта данных необходимо проверять результаты этих операций. 
Существует также проблема, связанная с тем, что Statistica берёт 
разделитель десятичной дроби не из своих установок, а из установок 
Windows (в "панели управления" Windows можно установить тип 
представления чисел). Поэтому импортируемые данные должны содержать тот же разделитель десятичной дроби, что и установленный 
в системе. Если по какой-то причине это условие не соблюдено, 
Statistica существенно искажает данные. При этом в таблице Statistica 
искажения не будут заметны, однако в расчёты будут подгружены 
искажённые числа, не имеющие никакого отношения к вашим исходным данным. Один из способов проверить импорт данных состоит в том, чтобы выделить прямоугольник в таблице области данных, 
скопировать его в буфер и вставить в простой txt-файл. Далее цифры 
txt-файла нужно будет сличить с ожидаемыми значениями. 
В диалоговом окне, изображённом на рис. 1.4 (и во многих подобных ему), вы можете заметить, что у опций одна из букв подчёркнута 
– например, у опции "Space" подчёркнута буква "S". Это означает, 
что данная опция будет включена, если вы нажмёте ALT+S (иногда 
необходимо, чтобы клавиатура была переключена на английскую 
раскладку). Подобный тип действий удобен, если вам требуется часто выполнять большой объём рутинных переключений. При частом 
обращении подобные клавиатурные сокращения легко запоминаются, что позволяет выполнять действия значительно быстрее и вызывает меньшее утомление оператора. 

Подобные подчёркнутые буквы можно найти и в основном меню программы ("File", "Edit", "View" и т.п.). В этом случае, например, для того, чтобы вызвать диалог создания нового документа, достаточно нажать 
и удерживать ALT, далее прибавить к нему сначала клавишу F, а потом 
клавишу N (перед тем как нажать N, отпускайте F и ALT).  

 

Рис. 1.5. Меню "Vars" 

1.4. Табличные операции над данными 

В 
пакете 
Statistica 
откройте 
ранее 
созданный 
файл 
"3x16_table.sta". Найдите меню "Vars" (переменные, см. рис. 1.5) 
и выберите в нём пункт "Add" (добавить). В появившемся окне найдите пункт "How many" (сколько) и введите цифру 5. В пункте 
"After" (вставить после переменной №…) введите 2. Нажмите 
"OK". Таким образом, вы добавите новые переменные (пустые колонки), вставив их после второй переменной.  
Найдите меню "Cases" и выберите в нём пункт "Add". В пункте 
"How many" установите число 2, в пункте "Insert after case" (вставить после значения №…) установите число 3. Таким образом вы добавите новые значения, вставив их после третьего значения.  
В меню "Vars" выберите пункт "Delete" (стереть). Установите курсор мыши в окно пункта "From variable" (начиная с переменной №…). 
Нажмите F2, выберите пункт "3-NewVar1". Нажмите "OK". Установите 
курсор мыши в окно пункта "To variable" (до переменной №…). Нажмите F2, выберите пункт  "7-NewVar5". Нажмите "OK". Еще раз нажмите 
"OK", подтвердив стирание столбцов. В меню "Cases" выберите пункт 
"Delete". Укажите значения 4 и 5 в полях "From case" и "To case". Нажмите "OK" для того, чтобы стереть пустые строки.  

Рис. 1.6. Диалог свойств переменной 

Вы можете давать переменным имена. Для этого дважды щёлкните по имени переменной "Var1" (на рис. 1.5, имя переменной выделено овалом). В результате вы получите диалог, изображённый на 
рис. 1.6. В области "Name" (имя) введите имя переменной, например 
"Деформация". Нажмите "OK". 
С помощью меню "Vars" и "Cases" вы также может перемещать 
столбцы и строки и копировать их (это можно сделать с помощью 
пунктов "Move" и "Copy", находящихся в меню "Vars" и "Cases"). 
Закройте файл "3x16_table.sta", не сохраняя его.  

1.5. Использование рабочих журналов 

Рабочие журналы – это пакеты данных в Statistica. В рабочем 
журнале можно хранить множество таблиц с данными, а также графики, диаграммы, результаты статистической обработки. Пакет 
можно использовать для того, чтобы хранить все данные и результаты обработки, посвящённые, например, одной серии опытов. При 
этом все данные рабочего журнала, включая таблицы и графики, сохраняются на диск в один бинарный файл с расширением "*.stw".