CN203192273U - 一种集对分析随机性来源的演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种集对分析随机性来源的演示装置，属于概率统计演示仪器技术领域。包括输入装置、漏斗和检测装置，输入装置与检测装置之间设置有漏斗，检测装置位于漏斗下方，其中，输入装置包括转盘和驱动转盘转动的驱动电机，转盘底部设置有若干个内径可调的小孔，驱动电机带动转盘转动，小孔圆心位于同一圆周上；漏斗自上而下依次包括上开口、带空腔的壳体和下开口，空腔近似Y形，上开口与小孔对准。本实用新型可简单易懂、较为直观的将集对分析理论融汇在该装置当中，可应用于教育演示、智力测试、儿童游戏、科普观摩，随机抽奖等场合。

Description

一种集对分析随机性来源的演示装置

技术领域

本发明涉及一种集对分析随机性来源的演示装置，属于概率统计演示仪器技术领域。

背景技术

客观世界是确定性与不确定性的对立统一体，用数学描述和分析不确定性的经典理论是概率论，但经典概率论一直把事物在一定条件下可能出现也可能不出现的性质定义为随机性，这一理论将客观世界简单化，单纯的划分为是和否，因而，虽然该理论已经成熟，但在实际应用过程中会存在不可避免的估计误差等不足。

集对是由一定联系的两个集合组成的基本单位，也是集对分析和联系数学中最基本的一个概念，由赵克勤在1989年正式提出。在一定的问题背景下，对集对中2个集合的确定性与不确定性以及确定性与不确定性的相互作用进行一种系统和数学分析，即集对分析。这种分析一般通过建立所论2个集合（如一个确定集A和一个不确定集B）的联系数对问题的全部对象进行描述，有时也可以不借助联系数进行分析。集对分析提倡同一个问题用2种或多种不同的方法、2个或多个不同的角度，2次或多次反复去研究，再把研究结果集成，得出最后的结论，以此来保证集对分析结论的可靠性和可信性（赵森烽、赵克勤，概率联系数化的原理及其在概率推理中的应用，智能系统学报，2012年第3期）。

集对分析不仅仅是适用于只有2个集合存在的场合，也适用于有多个集合存在的场合，这时需要先就每2个集合写出联系数，再对得到的若干个联系数作适当的运算和分析，以解决给定的问题。由此可见，集对分析是研究和处理复杂系统中有关不确定性问题的一种系统数学方法。自1989年全国系统科学与区域规划学术研讨会上提出此概念至今，在自然科学与社会科学的众多领域得到广泛应用，但作为现代数学的一个新分支，集对分析仍处在发展之中。该理论目前大多数仍停留在理论阶段，尤其是，该理论在数学教学以及应用推广过程中，由于其与经典概率论差异较大，特别是该理论对于随机性来源的分析，抽象理解有一定难度，对于初学者而言更不容易懂，需要有相应的演示仪器作直观解释。

有基于此，做出本发明。

发明内容

为解决上述集对分析随机性技术中存在的理解难问题，本发明的目的是提供一种简单易懂、将集对分析理论融汇在装置当中、较为直观的集对分析演示装置。

一种集对分析随机性来源的演示装置，包括输入装置和检测装置，检测装置位于输入装置下方，所述的输入装置包括转盘和驱动转盘转动的驱动电机，转盘底部设置有若干个内径可调的小孔，驱动电机带动转盘转动。

为实现更好的使用效果，上述技术方案的进一步设置如下：

所述的小孔均匀分布在转盘底部，且小孔圆心位于同一圆周上。

所述的输入装置与检测装置之间设置有漏斗，漏斗自上而下依次包括上开口、带空腔的壳体和下开口，其中空腔近似Y形，上开口是壳体空腔的入口，下开口是壳体空腔的出口，上开口与小孔对准，且上开口的径向宽度不小于小孔孔径。

所述的漏斗为罩壳式结构，包括上壳体和下壳体两部分，上壳体与下壳体之间通过中部的椭圆斜口连接，且上壳体与下壳体为一体式结构，其中，上开口为圆环形，上壳体的下部为斜锥形，下壳体的下部为锥形，整个壳体为流线型结构。

所述的检测装置有两个，对称设置于漏斗下开口两边，检测装置为连接有显示器的光电传感器。

所述的漏斗下方设置有回收装置，该回收装置位于检测装置下方。

所述的回收装置包括滑槽和设置于滑槽内的提升机，滑槽开口位于漏斗的下开口的正下方，用于接收漏斗下开口出来的小球。

所述的提升机为刮板式提升机，包括提升电机和若干个隔板分开的格槽，在提升电机的驱动下，隔板将滑槽内的小球刮入格槽内，当到达提升机顶端的转轴时，格槽从向上运动转为向下运动，小球就掉落到转盘中，从而实现了小球的回收、提升，并转移到转盘内。

所述的下开口处设置有可开闭的抽板，抽出抽板时，下开口打开，则漏斗的空腔内的小球落下，合上抽板，则下开口关闭，漏斗的空腔内的小球停留在空腔内，不能从下开口处出来。

所述的小孔由对称设置、可转动的两扇圆弧板构成，通过圆弧板的开启或关闭，实现小孔孔径的控制：当两扇圆弧板完全开启时，圆弧板遮住盘底的面积最小，此时可得到直径最大的小孔，当两扇弧形板关小时，圆弧板遮住盘底的面积较小，小孔实际孔径较小，因而只能允许较小的球通过。

在本发明集对分析演示装置中，也可在带孔转盘的盘底加盖同样设置有孔径、但孔径与之不同的盘底，进行孔径的调整；或者通过在小孔中放置比该小孔的孔径较小的漏斗，从而适应不同直径小球的集对分析演示试验。

附图说明

图1为本发明集对分析随机性来源的演示装置的结构示意图；

图2为图1中漏斗的尺寸标注示意图；

图3为图1中转盘的俯视图。

图中标号：1、输入装置；11、转盘；12、驱动电机；13、小孔；2、漏斗；21、上开口；22、上壳体；23、空腔；24、椭圆斜口；25、下壳体；26、下开口；27、抽板；3、检测装置；31、第一检测装置；311、显示器；32、第二检测装置；4、回收装置；41、滑槽；411、滑槽开口；42、提升机；421、提升电机；422、格槽；423、隔板。

θ-椭圆斜口的倾斜角度。

具体实施方式

实施例1

本实施例集对分析随机性来源的演示装置，结合图1，包括输入装置1、漏斗2、检测装置3和回收装置4，漏斗2位于输入装置1下方，检测装置3和回收装置4均位于漏斗2下方，其中，输入装置1包括转盘11和驱动转盘11转动的驱动电机12，转盘11底部设置有若干个内径可调的小孔13，驱动电机12带动转盘11转动，小孔13均匀分布在转盘11底部，且小孔13圆心位于同一圆周上；漏斗2为罩壳式结构，自上而下依次包括上开口21、有空腔23的壳体和下开口26，空腔23近似Y形，上开口21是壳体空腔23的入口，下开口26是壳体空腔23的出口，上开口21与转盘11底部的小孔13对准（上开口21的圆环中心线与小孔13所在圆的圆心在同一竖直线上最好），且上开口21的径向宽度不小于小孔13孔径，壳体包括上壳体22和下壳体25两部分，上壳体22与下壳体25之间通过中部的椭圆斜口24连接，且上壳体22与下壳体25为一体式结构，上开口21为圆环形，上壳体22的下部为斜锥形，下壳体25的下部为锥形，整个漏斗2为流线型结构；检测装置3为连接有显示,311的光电传感器，检测装置3有两个，分别是第一检测装置31和第二检测装置32，第一检测装置31和第二检测装置32对称设置于漏斗2的下开口26两边；检测装置3的下方设置有回收装置4，回收装置4包括滑槽41和提升机42，滑槽开口411位于漏斗2的下开口26的正下方，用于接收并回收下开口26出来的小球，提升机42为刮板式提升机，提升机42的下部位于滑槽41内，提升机42包括提升电机421和若干个隔板423分开的格槽422，在提升电机421的驱动下，隔板423将滑槽41内的小球刮入格槽422内，当到达提升机42顶端的转轴时，格槽422由向上运动转变为向下运动，小球就掉落到转盘11中，从而实现了小球的回收、提升，并转移到转盘11内。本实施例中，小孔13由对称设置、可转动的两扇圆弧板构成，通过圆弧板的开启或关闭，实现小孔13孔径的控制。

其中，结合图2和图3，漏斗2是一个腔槽形结构（可用白色有机玻璃制作），若小球的直径是d（d≤40mm），则漏斗2的上部径向宽度D₁为20d-30d，漏斗2的上开口21内径D₂为20d-30d，即空腔23的宽度为20d-30d；上壳体22的高度L₂为10d-15d；上壳体22与下壳体25之间为椭圆斜口24，椭圆斜口24的倾斜角度θ为30°；转盘11的内径与漏斗2的径向宽度相同，转盘11的深度L₁＞2d，转盘11底部开设有6个小孔13，小孔13均匀分布于同一圆上，小孔13的孔径D₃为1d-5/4d，小孔的孔心距离转盘11边缘的距离m≤d，当转盘11运行时，在不重叠的情况下，转盘11中可容纳小球10-20个；漏斗2的下开口26与滑槽41之间的垂直距离L₃为3-5d，可方便检测装置3的准确检测，滑槽41表面要求光滑，其表面粗糙度比小球的表面粗糙度至少高出2级，滑槽41的槽口为圆形，其内径D₄为1.2-1.5d，与漏斗2的下开口26直径相同，滑槽41高度L₄为20d-30d，滑槽41的水平部分与竖直部分之间为圆角结构，圆角的半径R＞15°即可，较优的半径R为15-45°。

向转盘11内放入若干规格相同、颜色不同的小球（n个白色小球，m个黑色小球），启动驱动电机12，驱动电机12带动转盘11转动，则转盘11内的小球经小孔13落入漏斗2内，再经漏斗2底部的下开口24滑落出漏斗2，下开口24两侧的第一检测装置31和第二检测装置32分别对落下的小球分颜色进行计数，并在各自的显示器上显示（图1中进标注了第一检测装置31的显示器311）上进行显示和统计，小球回收至滑槽41内，提升机42的下部位于滑槽41后部，隔板423将滑槽41内的小球提取到提升机42的格槽422内，在提升电机421的驱动下，格槽422将滑槽41内的小球提升并转移到转盘11内。

若记事件A=“离开漏斗的球是白球”，事件

=“离开漏斗的球是黑球”。当转盘11中所有的小球均是白球时（n≠0，m=0），经过检测装置3的小球必然是白球，这时P(A)=1，也就是事件A不存在随机性；同理，当转盘11中所有的球全部是黑球（n=0，m≠0）时，下落的必是黑球，这时，事件

不存在随机性；当转盘11中既有白球也有黑球时（n≠0，且m≠0），下落的球可能是黑球也可能白球，这时才有P(A)≤1和

，从而说明事件A和

的随机性并非A和单独存在时所具有，只有当转盘11中既有白球也有黑球时，即事件A和共同存在时，这种随机性才会出现，从而说明了随机性是两个事物的一种联系。

本发明集对分析随机性来源演示装置中，小孔13孔径的调整是通过对称设置、可转动的两扇圆弧板实现的，通过圆弧板的开启或关闭，实现小孔13孔径的控制：当两扇圆弧板完全开启时，圆弧板遮住转盘11盘底的面积最小，此时可得到直径最大的小孔13，当两扇弧形板关小时，圆弧板遮住转盘11盘底的面积较小，小孔13实际孔径也较小，因而只能允许较小的球通过，通过小孔13孔径的调整，可实现不同规格小球的试验；漏斗2为罩壳形结构，并在其结构中设置椭圆斜口24，有利于小球随机下落；检测装置3为以漏斗下开口26对称设置的两个，并对漏斗2的下开口26与滑槽开口411之间间距进行设定，确保检测装置3可以精确、无误的对下落的小球进行分类统计；滑槽41表面要求光滑，其表面粗糙度比小球的表面粗糙度至少高出2级，再经由提升机42，将下落的小球回收入转盘11内，可进行下一轮的测试和演示，操作较为便利。

本发明集对分析随机性来源演示装置用实验表明事物的随机性是两个事物的一种联系，并将其定义为联系概率。可以用于教育演示，智力测试，儿童游戏、科普观摩等领域。

实施例2

本实施例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于：

实验过程中，试验用的小球为一半白一半黑的双色球，回收装置4为带孔板（孔径与小球直径相同）和承球盘（盛球盘结构与转盘11相同或相似即可，本发明附图中没有标示出来）。漏斗2内下落的小球落到盛球盘中，并自由静止后，在小球上方盖上一张刚好能露出半个球面的带孔板，再观察并统计带孔板以上部份球面（半球面）的颜色。

用E表示“看到的半个球面刚好全是白色”，用G表示“看到的半个球面刚好全是黑色”；用F表示可以看到的半个球面上既有白色又有黑色，则E，F，G是两两互不相容事件，F是介于E与G之间的“中介事件”，也是相对于E与G颜色为清一色的白或黑完全分明特点的“模糊事件”，对这种“模糊事件”，又可以进一步分成是“白色较多、黑色较少”，“黑色较多、白色较少”，“黑色与白色各自比例不容易估计”3种情况；据此，得到用联系数形式表示的三元联系概率：P(E,F,G)=P(E)+P(F)i+P(G)j，其中，P(E)=“看到的半个球面全是白色”的（基于频率的）概率；P(G)=“看到的半个球面全是黑色”的（基于频率的）概率；j=-1，P(F)=“半个球面上既有白色又有黑色”，i∈[-1，1]。用联系数形式表示的四元联系概率：P(E,F₁,F₂,G)=P(E)+P(F₁)i₁+P(F₂)i₂+P(G)j，其中，F₁=“看到的半个球面白色多黑色少”，i₁∈[0,1]；F₂=“看到的半个球面黑色多白色少”，i₂∈[-1,0]；以及，五元联系概率：P(E,F₁,F₂,F₃,G)=P(E)+P(F₁)i₁+P(F₂)i₂+P(F₃)i₃+P(G)j，五元联系概率中的F₁=“看到的半个球面白色多黑色少”，i₁∈[0,1]；F₃=“看到的半个球面黑色多白色少”，i₃∈[-1,0]；而其中的F₂=“看到的半个球面是黑色多白色少还是白色多黑色少难以判定”，所以这时的i₂∈[-1,1]。

从本实施例可以看出，向本发明演示装置中投入双色球，可用于说明和演示多元联系概率的产生原理，并对集对分析进行简单、直观的演示，该装置结构简单，方便操作，非常适合教育演示、智力测试、儿童游戏、科普观摩，随机抽奖等场合。

实施例3

本实施例3与实施例1的设置和工作原理基本相同，区别在于：

漏斗2的下开口26处设置有开启下开口26的抽板27（抽板27的最大厚度不影响测试装置3的工作即可），拔出抽板27后才能使小球下落，关上此抽板27，小球只能堆积在漏斗2的空腔23中。实验过程中，试验用的小球表面标有“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”数字，漏斗2内下落的小球落到空腔23中后，拔出下开口26处的抽板27使小球下落，依次观察下落一个小球上的数字，该数字为一位随机数；依次观察连续下落两个小球上的数字，该数字为二位随机数（0在前面的除外），依次观察连续下落3个小球上的数字，该数字为三位随机数（0在前面的除外）依次类推，从而使本装置具有产生随机数的功能，因此也是一种新的随机数发生器，所产生的随机数可以用于随机抽样，推选代表、抽签中奖等场合。

Claims (10)

1.一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：包括输入装置和检测装置，检测装置位于输入装置下方，所述的输入装置包括转盘和驱动转盘转动的驱动电机，转盘底部设置有若干个内径可调的小孔，驱动电机带动转盘转动。

2.根据权利要求1所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的小孔均匀分布在转盘底部，且小孔圆心位于同一圆周上。

3.根据权利要求1或2所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的输入装置与检测装置之间设置有漏斗，漏斗自上而下依次包括上开口、带空腔的壳体和下开口，其中空腔近似Y形，上开口是壳体空腔的入口，下开口是壳体空腔的出口，上开口与小孔对准，且上开口的径向宽度不小于小孔孔径。

4.根据权利要求3所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的漏斗为罩壳式结构，包括上壳体和下壳体两部分，上壳体与下壳体之间通过中部的椭圆斜口连接，且上壳体与下壳体为一体式结构，其中，上开口为圆环形，上壳体的下部为斜锥形，下壳体的下部为锥形，整个壳体为流线型结构。

5.根据权利要求1或2所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的检测装置有两个，对称设置于漏斗下开口两边，检测装置为连接有显示器的光电传感器。

6.根据权利要求5所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的漏斗下方设置有回收装置，该回收装置位于检测装置下方。

7.根据权利要求6所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的回收装置包括滑槽和设置于滑槽内的提升机，滑槽开口位于漏斗的下开口的正下方。

8.根据权利要求7所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的提升机为刮板式提升机，包括提升电机和若干个隔板分开的格槽，在提升电机的驱动下，隔板将滑槽内的样球刮入格槽内，当到达提升机顶端的转轴时，格槽从向上运动转为向下运动，样球就掉落到转盘中，从而实现了小球的回收、提升，并转移到转盘内。

9.根据权利要求1或2所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的小孔由对称设置、可转动的两扇圆弧板构成，通过圆弧板的开启或关闭，实现小孔孔径的控制。

10.根据权利要求3所述的一种集对分析随机性来源的演示装置，其特征在于：所述的下开口处设置有可开闭的抽板。

Images