Stereologi. Foredrag ved Matematiklærerdagen 18. marts Eva B. Vedel Jensen. Institut for Matematik Science and Technology Aarhus Universitet

Relaterede dokumenter
Forelæsning 5: Kapitel 7: Inferens for gennemsnit (One-sample setup)

Estimation. Lad (ν θ ) θ Θ være en statistisk model på (X, E). En estimator af θ er en afbildning t : X Θ. En konkret værdi t(x) kaldes et estimat.

I dag. Statistisk analyse af en enkelt stikprøve med kendt varians Sandsynlighedsregning og Statistik (SaSt) Eksempel: kobbertråd

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 3: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger. Per Bruun Brockhoff.

Forelæsning 3: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger

Uge 43 I Teoretisk Statistik, 21. oktober Forudsigelser

Program. Statistik og Sandsynlighedsregning 2 Middelværdi og varians. Eksempler fra sidst. Sandsynlighedstæthed og sandsynlighedsmål

Statistik og Sandsynlighedsregning 2

Forelæsning 11: Kapitel 11: Regressionsanalyse

T.N. Thiele Centret for Anvendt Matematik. Naturvidenskaberne

Løsning til eksaminen d. 14. december 2009

Program. Statistik og Sandsynlighedsregning. Eksempler. Sandsynlighedstæthed og sandsynlighedsmål

Stikprøver og stikprøve fordelinger. Stikprøver Estimatorer og estimater Stikprøve fordelinger Egenskaber ved estimatorer Frihedsgrader

Landmålingens fejlteori - Lektion 3. Estimation af σ Dobbeltmålinger Geometrisk nivellement Linearisering

Overheads til forelæsninger, mandag 5. uge På E har vi en mængde af mulige sandsynlighedsfordelinger for X, (P θ ) θ Θ.

Statistik og Sandsynlighedsregning 2. IH kapitel 12. Overheads til forelæsninger, mandag 6. uge

Perspektiver i Matematik-Økonomi: Linær regression

Oversigt. 1 Gennemgående eksempel: Højde og vægt. 2 Korrelation. 3 Regressionsanalyse (kap 11) 4 Mindste kvadraters metode

Landmålingens fejlteori - Lektion 2. Sandsynlighedsintervaller Estimation af µ Konfidensinterval for µ. Definition: Normalfordelingen

Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 13: Summary. Per Bruun Brockhoff

Definition: Normalfordelingen. siges at være normalfordelt med middelværdi µ og varians σ 2, hvor µ og σ er reelle tal og σ > 0.

Normalfordelingen og Stikprøvefordelinger

Tema. Dagens tema: Indfør centrale statistiske begreber.

Kursusindhold: Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder. Monte Carlo

Teoretisk Statistik, 9 marts nb. Det forventes ikke, at alt materialet dækkes d. 9. marts.

Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder

Kursusindhold: Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder. Monte Carlo

Analysestrategi. Lektion 7 slides kompileret 27. oktober :24 p.1/17

Normalfordelingen. Det centrale er gentagne målinger/observationer (en stikprøve), der kan beskrives ved den normale fordeling: 1 2πσ

Note om Monte Carlo metoden

Uge 10 Teoretisk Statistik 1. marts 2004

Økonometri Lektion 1 Simpel Lineær Regression 1/31

Områdeestimator. X x. P θ. ν θ. Θ C(x) En områdeestimator er en afbildning C : X P(Θ). . p.1/30

Tema. Model og modelkontrol ( Fx. en normalfordelt obs. række m. kendt varians) Estimation af parametre. Fordeling. Hypotese og test. Teststørrelse.

Landmålingens fejlteori - Lektion 2 - Transformation af stokastiske variable

Eksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

Grupperede observationer et eksempel. (begreber fra MatC genopfriskes og varians og spredning indføres)

Sandsynlighedsregning 9. forelæsning Bo Friis Nielsen

Kvantitative Metoder 1 - Forår 2007

Kombinant. En kombinant er en afbildning. hvor (Y, K) er endnu et målbart rum. Typisk taler vi om reelle kombinanter, hvor Y = R.

Sandsynlighedsregning 6. forelæsning Bo Friis Nielsen

Estimation og usikkerhed

Økonometri: Lektion 2 Multipel Lineær Regression 1/27

Sandsynlighed og Statistik

I dag. Statistisk analyse af en enkelt stikprøve: LR test og t-test, modelkontrol, R Sandsynlighedsregning og Statistik (SaSt)

1 Regressionsproblemet 2

Mindste kvadraters tilpasning Prædiktion og residualer Estimation af betinget standardafvigelse Test for uafhængighed Konfidensinterval for hældning

Eksempel Multipel regressions model Den generelle model Estimation Multipel R-i-anden F-test for effekt af prædiktorer Test for vekselvirkning

Økonometri 1. Dagens program. Den simple regressionsmodel 15. september 2006

Epidemiologi og biostatistik. Uge 3, torsdag. Erik Parner, Institut for Biostatistik. Regressionsanalyse

Landmålingens fejlteori - Repetition - Fordeling af slutfejl - Lektion 8

Sandsynlighedsregning 6. forelæsning Bo Friis Nielsen

Program: 1. Repetition: p-værdi 2. Simpel lineær regression. 1/19

University of Copenhagen. Notat om statistisk inferens Larsen, Martin Vinæs. Publication date: Document Version Peer-review version

NATURVIDENSKABELIG KANDIDATEKSAMEN VED KØBENHAVNS UNIVERSITET.

En oversigt over udvalgte kontinuerte sandsynlighedsfordelinger

Poul Thyregod, introslide.tex Specialkursus vid.stat. foraar Lad θ = θ(β) R k for β B R m med m k

3.600 kg og den gennemsnitlige fødselsvægt kg i stikprøven.

INSTITUT FOR MATEMATISKE FAG c

Kvantitative metoder 2

Kvantitative metoder 2

Elementær sandsynlighedsregning

Statistik og Sandsynlighedsregning 2

Simpel Lineær Regression: Model

Oversigt. Kursus Introduktion til Statistik. Forelæsning 4: Kapitel 5: Kontinuerte fordelinger

Landmålingens fejlteori - Lektion4 - Vægte og Fordeling af slutfejl

Institut for Matematiske Fag Matematisk Modellering 1 UGESEDDEL 6

Kursusindhold: X i : tilfældig værdi af ite eksperiment. Antag X i kun antager værdierne 1, 2,..., M.

Et eksempel på en todimensional normalfordeling Anders Milhøj September 2006

Kapitel 11 Lineær regression

NATURVIDENSKABELIG KANDIDATEKSAMEN VED KØBENHAVNS UNIVERSITET.

Definition. Definitioner

Statistik Lektion 3. Simultan fordelte stokastiske variable Kontinuerte stokastiske variable Normalfordelingen

Statistik i GeoGebra

Modul 12: Regression og korrelation

Skriftlig eksamen BioMatI (MM503)

Sandsynlighedsregning

Statistik og Sandsynlighedsregning 2

ØVELSE 3A. I SAS kan man både bruge {}, [] og () som paranteser til index.

Kvantitative Metoder 1 - Efterår Dagens program

Eksamen i Mat F, april 2006

Økonometri: Lektion 2 Multipel Lineær Regression 1/33

Skriftlig Eksamen ST501: Science Statistik Tirsdag den 8. juni 2010 kl

enote 2: Kontinuerte fordelinger Introduktion til Statistik Forelæsning 3: Kontinuerte fordelinger Peder Bacher enote 2: Continuous Distributions

Sandsynlighedsregning 5. forelæsning Bo Friis Nielsen

Løsning eksamen d. 15. december 2008

Økonometri 1. Inferens i den lineære regressionsmodel 2. oktober Økonometri 1: F8 1

Statistik og Sandsynlighedsregning 2

Statistik og Sandsynlighedsregning 2. Repetition og eksamen. Overheads til forelæsninger, mandag 7. uge

Hvis α vælges meget lavt, bliver β meget stor. Typisk vælges α = 0.01 eller 0.05

Motivation. Konfidensintervaller og vurdering af usikkerhed på estimerede størrelser

! Proxy variable. ! Målefejl. ! Manglende observationer. ! Dataudvælgelse. ! Ekstreme observationer. ! Eksempel: Lønrelation (på US data)

StatDataN: Middelværdi og varians

grupper(kvalitativ exposure) Variation indenfor og mellem grupper F-test for ingen effekt AnovaTabel Beregning af p-værdi i F-fordelingen

Sandsynlighedsregning 4. forelæsning Bo Friis Nielsen

Vejledende besvarelse af eksamen i Statistik for biokemikere, blok

Ovenstående figur viser et (lidt formindsket billede) af 25 svampekolonier på en petriskål i et afgrænset felt på 10x10 cm.

Trin 1: Formuler hypotese Spørgsmål der ønskes testet vha. data H 0 : Nul hypotese Formuleres som en ligheds hændelse

For nemheds skyld: m = 2, dvs. interesseret i fordeling af X 1 og X 2. Nemt at generalisere til vilkårligt m.

Transkript:

Stereologi Institut for Matematik Science and Technology Aarhus Universitet Foredrag ved Matematiklærerdagen 18. marts 2016

Estimation af volumen - æggedeler design U O

Estimation af volumen - æggedeler design Æggedeler design T U+mt, m Z, systematisk sæt af parallelle planer (grå planer). t er afstanden mellem naboplaner. U er uniform i [0, t), så placeringen af planerne er tilfældig. Lad Y R 3 med volumen V (Y ). En central ("unbiased") estimator af V (Y ) er V (Y ) = t m A(Y T U+mt ), hvor A står for areal.

Bevis for centralitet Estimatoren er en funktion af U, V (Y ) = g(u). Middelværdien er E V (Y ) = = t 0 t 0 = m = m = g(u) f U (u) du t m t 0 (m+1)t mt A(Y T u+mt ) 1 t du A(Y T u+mt ) du A(Y T v ) dv A(Y T v ) dv = V (Y ).

Variansen af volumen estimatoren Variansen af V (Y ) afhænger af formen af Y. Systematiske planer giver sædvanligvis en mindre varians end hvis planerne placeres uafhængigt af hinanden. Under regularitetsbetingelser kan det vises, at V (Y ) er asymptotisk superecient for t 0.

Mere om volumen estimatoren Arealer kan estimeres med et systematisk sæt af kvadrater. Y U D 0

Estimation af længde i planen

Estimation af længde - Buon's nåleproblem Buon's nåleproblem T, systematisk sæt af linier, tilfældigt placeret og orienteret, afstand t mellem nabolinier. Y R 2, liniestykke i planen af længde L(Y ) < t. N(Y T ), antal skæringer mellem Y og T (enten 0 eller 1). Da gælder P(N(Y T ) > 0) = 2L(Y ). πt Normalt bruges dette resultat til at estimere π, men i stereologien bruges resultatet i stedet til at estimere L(Y ).

Estimation af længde i planen T, systematisk sæt af linier, tilfældigt placeret og orienteret, afstand t mellem nabolinier. Y R 2, kurve i planen. En central estimator af L(Y ) er L(Y ) = π t N(Y T ). 2

Bevis for centralitet Lad Y = i Y i, hvor Y i er et liniestykke med L(Y i ) < t. Da gælder [ π ] E L(Y ) = E 2 t N(Y T ) = π 2 t E i N(Y i T ) = π 2 t i = π 2 t i = π 2 t i EN(Y i T ) P(N(Y i T ) > 0) 2L(Y i ) πt = i L(Y i ) = L(Y ).

Estimation af længde i rummet U O W L(Y ) = 2t N(Y T )

Estimation af overade areal - fakir design D 0 W Y O Ŝ(Y ) = 2A(D 0 ) N(Y T )

Estimation af overade areal - vertikale snit V q, p p q

Estimation af antal partikler Antal partikler i et snit afhænger ikke kun af antallet i 3D, men også af deres størrelse.

Tomatsalat eksemplet

Estimation af antal partikler Antal i snit Antal i rummet Middel partikel højde. Lad T U være et plan med fast orientering og placering givet ved U, der er uniform i et interval af længde D. Lad Y 1,..., Y N betegne N partikler med højder H(Y i ), i = 1,..., N. Da gælder E#{i : T U Y i } N H, hvor H er middel partikel højden, H = i H(Y i)/n.

Bevis For den ite partikel gælder Heraf fås P(T U Y i ) = H(Y i )/D. E#{i : T U Y i } = i P(T U Y i ) = i H(Y i )/D = 1 D N H.

Estimation af antal partikler Løsningen er at bruge 2 planer, en såkaldt disector. De 2 planer betegnes T U, T U+h, hvor h > 0. Lad p(i) være det 'øverste' punkt af Y i, i = 1,..., N. Vi tæller Y i, hvis partiklens øverste punkt falder mellem planerne, dvs. U < p(i) < U + h. Sandsynligheden for at Y i bliver talt er dermed P(U < p(i) < U + h) = P(p(i) h < U < p(i)) = h/d. Sandsynligheden afhænger ikke af i.

Estimation af partikel størrelser Wicksell's problem: estimation af størrelsesfordeling af kugleformede partikler ud fra observationer i snit. Sandsynlighedstætheden g for fordelingen af de observerede diametre af cirkulære snit opfylder g(s) = s m hvor f er den tilsvarende tæthed i 3D. s 1 f (t) ds, t2 s2 At nde f udfra g er et 'ill-posed' inverst problem. Den moderne stereologi beskæftiger sig med metoder til at nde størrelsesfordelingen af partikler af generel form.

Optisk snitning

Lokal stereologi Lokal stereologi giver adgang til partikel størrelser i 3D. Målinger på lokale snit anvendes. T

Lokal stereologi - eksempler i 2D Cirkel r Areal = πr 2

Lokal stereologi - eksempler i 2D Konveks form df r Areal = 2π 0 1 2 r 2 dφ = π 2π r 2 dφ 0 2π = π r 2

Lokal stereologi - eksempler i 2D Ikke-konveks form r 2 r 0 r 1 Areal(skraveret område)= 1 2 (r 2 0 + r 2 2 r 2 1 )dφ Areal= π r 2

Lokal stereologi - eksempel i 3D r dr w dv=r 2 drdw Volumen= 4π 3 r 3

Lokal stereologi - n dimensioner Den generaliserede Blaschke-Petkantschin formel: c(n q r, p q r) X 1 g(x 1,..., x q ) X q = X 1 L p g(x 1,..., x q ) X q L p L n p(r) q i=1 q r+q (e 1,..., e r, x 1,..., x q ) n p dx p i dl n p(r) i=1 dx n i n = 3, q = 1, r = 0, p = 1: volumen i 3D via lokale snit!

Lokal stereologi - volumen i 3D Isotropisk L 1: 2 3 x X L 1 ( 1) α(x) x 3 Isotropisk L 2, uniform G 1 L 2 : 2A 1 x (X L 2 ) G 1 ( 1) α(x) x ω 0 v 2 + π L2 L 1 x 2 dv Vertikal L 2, uniform G 1 L 2, L 1 L 1(0) : π 2 A1 x (X L 2 ) G 1 π L1 x 2 Isotropisk T 2, uniform G 1: A 2 x (X T 2 ) G 1 ( 1) ( α(x) x ω t F 2 0 1,2 )dv v 2 + π L x 2 1 Vertikal T 2, uniform G 1, L 1 L 1(0) : A 2 x (X T 2 ) G 1 ( 1) ( α(x) x ω t F 2 0 1,1 )dv v 2 + π (L1(0) +L 1 ) x 2

Lokal stereologi - overadeareal i 3D Isotropisk L 2, isotropisk L 1 L 2: 2π x X L 1 (1 + cot β x( π 2 βx)) x 2 Isotropisk T 2, uniform and isotropisk G 1: 2A 2 x X T 2 G 1 F 1,2(t 2 / x 2 ) 1 Vertikal T 2, uniform and isotropisk G 1: 2A 2 x X T 2 G 1 F 1,1(t 2 / π L 1(0) x 2 ) 1 Isotropisk T 2, G 1 T 2: 2A 2 x X T 2 G 1 F 1,1(t 2 / π L 1 x 2 ) 1

Lokal stereologi - længde i 3D Isotropisk T 2, uniform and isotropisk G 2: 2A 1 x X T 2 G 2 F 1,2(t 2 / x 2 ) 1 Vertikal T 2, uniform and isotropisk G 2: 2A 1 x X T 2 G 2 F 1,1(t 2 / π L 1(0) x 2 ) 1 Isotropisk T 2, G 2 T 2: 2A 1 x X T 2 G 2 F 1,1(t 2 / π L 1 x 2 ) 1

Lokal stereologi - antal i 3D Isotropisk T 2: x X T 2 F 1,2(t 2 / x 2 ) 1 Vertikal T 2: x X T 2 F 1,1(t 2 / π L 1(0) x 2 ) 1

Avanceret statistisk billedanalyse Antal kan bestemmes med større præcision, hvis synsfelter computer-styres til informative områder (her det granulære cellelag, vist blå).

Rumlig statistik Lokale skaleringsmodeller (selv-similære)

Rumlig statistik Rekonstruktion af netværk