具体描述
"Statistical Methods for Engineers, 3/e, International Edition" offers a balanced, streamlined one-semester introduction to Engineering Statistics that emphasizes the statistical tools most needed by practicing engineers.
现代工程数据分析与决策：原理、实践与前沿应用 图书主题： 本书旨在为工程师和技术人员提供一套全面、深入且高度实用的现代统计学方法论体系，重点关注如何利用数据驱动的洞察力解决复杂的工程问题，并指导实际的决策过程。本书超越了基础的概率论和描述性统计，聚焦于推断性统计、模型构建、实验设计以及质量控制的前沿技术。 --- 第一部分：工程统计学基础与数据准备 (Foundations and Data Readiness) 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论和实践基础。 第一章：工程环境下的数据本质与质量 数据的来源与类型： 详细探讨传感器数据、仿真结果、现场测试数据、历史运行记录等工程特有数据流的特点。区分截面数据、时间序列数据、空间数据在工程中的应用场景。 数据清洗与预处理的艺术： 关注工程数据的特有挑战，如缺失值（传感器故障、信号丢失）、异常值（设备瞬时过载、测量误差）的处理策略。介绍鲁棒的插值技术和去噪方法。 描述性统计的深度洞察： 强调计算工程指标，如过程能力指数（$C_p, C_{pk}$）、可靠性指标（MTBF, MTTF）的正确解读，以及如何使用图形化工具（直方图、箱线图、QQ图）快速识别分布形态和潜在的质量问题。 第二章：概率模型与随机过程的工程应用 核心概率分布的精选： 重点讲解正态分布、泊松分布、指数分布在可靠性工程和事件计数中的应用。深入探讨威布尔分布（Weibull Distribution）在线性和非线性失效分析中的关键作用。 随机变量的联合与条件概率： 探讨系统组件相互依赖性（Copulas的应用初步）对系统整体可靠性的影响。 基础随机过程概述： 引入马尔可夫链和泊松过程在排队论（资源调度优化）和设备状态转移分析中的应用框架。 第二部分：统计推断与参数估计 (Statistical Inference and Estimation) 本部分侧重于如何从样本数据中可靠地推断出总体特性，并量化不确定性。 第三章：参数估计的精确性与稳健性 点估计与区间估计： 详细介绍矩估计法（Method of Moments）和最大似然估计法（Maximum Likelihood Estimation, MLE）的计算过程及其在工程参数（如平均寿命、方差）估计中的优劣。 置信区间的构造与解释： 重点讲解如何根据数据分布、样本量和所需置信水平构建t分布、$chi^2$分布和F分布置信区间，特别关注过程能力参数（如过程均值和标准差）的置信区间。 贝叶斯方法的引入： 介绍如何将先验知识（基于以往经验或物理定律）融入到参数估计中，实现更精确的估计，特别是在小样本或高风险决策场景。 第四章：假设检验的工程实践指南 单样本与双样本检验： 系统阐述Z检验、t检验（配对与独立样本）的应用场景，并深入讲解方差的F检验在比较不同批次或不同生产线性能时的重要性。 非参数检验的价值： 在数据不满足正态性假设或存在大量异常值时，介绍秩和检验（Mann-Whitney U test）和Kruskal-Wallis H检验在工程决策中的替代作用。 检验功效（Power）的计算与优化： 强调在设计实验前，必须确保检验有足够的敏感度去发现实际存在的效应（Type II 错误控制）。 第三部分：实验设计与因果推断 (Design of Experiments and Causal Inference) 这是工程优化和创新过程中最核心的部分，旨在以最少的资源找到影响性能的关键因素。 第五章：经典完全随机化设计与因子设计 完全随机化设计（CRD）与随机区组设计（RBD）： 讲解何时采用，以及如何通过区组化来消除环境或时间带来的系统误差。 全因子设计（Full Factorial Design）： 详细阐述$2^k$和$3^k$设计的构建、执行和数据分析。重点讲解如何通过主效应图和交互作用图直观地解读多因素对响应变量的影响。 分数因子设计（Fractional Factorial Design）： 针对因子数量较多但实验资源有限的情况，讲解如何通过折叠和混淆结构来高效地筛选主要因子。 第六章：响应曲面法（Response Surface Methodology, RSM）与优化 初步筛选与精细建模： 介绍中心复合设计（CCD）和Box-Behnken设计（BBD）在确定最佳操作条件区域的应用。 二次多项式模型的拟合与解释： 如何通过回归分析拟合响应曲面，并解读曲面的鞍点、最大点或最小点。 应用中的约束处理： 讨论在实际生产中，由于物理或成本限制，如何对优化搜索区域进行约束，并利用梯度信息指导参数调整。 第七章：稳健设计（Taguchi Methods）与过程控制 信号噪声比（SNR）的工程含义： 探讨如何使用信噪比而非简单的均值来衡量系统的稳健性，目标是使系统对外部干扰不敏感。 田口方法的应用： 介绍正交表的设计和分析，特别是在存在大量控制因子和噪声因子时的筛选策略。 物理模型与统计模型的结合： 探讨如何将工程先验知识嵌入到统计模型构建中，以提高预测的可靠性。 第四部分：回归建模、时间序列与可靠性分析 (Modeling, Time Series, and Reliability) 本部分聚焦于建立预测模型、处理有序数据以及评估产品寿命。 第八章：多元线性回归与模型诊断 多重共线性的识别与处理： 在工程系统中，解释变量（如温度、压力、流量）往往高度相关。重点讲解方差膨胀因子（VIF）和岭回归（Ridge Regression）的应用。 模型选择标准： 介绍调整$R^2$、AIC、BIC等指标在复杂工程模型简化中的作用。 异方差性与残差分析： 强调对回归模型的假设进行严格检验，并使用GLS（广义最小二乘法）等方法修正异方差对估计效率的影响。 第九章：工程时间序列分析与预测 时间序列的分解与平稳性检验： 应用ADF检验等方法判断传感器读数或系统负荷数据的平稳性。 ARIMA模型的构建与应用： 详细讲解自回归（AR）、差分（I）和移动平均（MA）模型的参数识别、估计和诊断，用于短期负荷预测或设备状态监控。 状态空间模型与卡尔曼滤波简介： 介绍卡尔曼滤波在融合多源异构传感器数据、实现高精度实时状态估计中的基础原理。 第十章：生存分析与工程可靠性建模 生存函数的定义与估计： 引入风险率（Hazard Rate）的概念，讲解Kaplan-Meier估计器在非截尾数据中的应用。 Cox比例风险模型（Proportional Hazards Model）： 探讨如何分析协变量（如材料、工作环境）对产品寿命的影响强度，并进行寿命预测。 加速寿命试验（ALT）的统计设计： 介绍如何利用提高的应力水平来预测正常使用条件下的产品寿命，以及如何应用Arrhenius模型和Inverse Power Law模型进行寿命外推。 第五部分：过程控制与质量改进 (Process Control and Quality Improvement) 本部分将统计思想直接应用于持续改进和质量保证体系中。 第十一章：统计过程控制（SPC）的现代方法 Shewhart控制图的优化： 深入分析 $ar{X}-R$ 图、 $ar{X}-s$ 图的适用性。强调如何根据过程变异来源选择合适的控制图。 累积和控制图（CUSUM）与指数加权移动平均图（EWMA）： 讲解这两种工具在检测微小、持续过程漂移方面的优越性，这对于高精度制造至关重要。 过程能力分析的深化： 扩展到非正态分布过程（如缺陷计数）的能力分析，使用$P_p, P_{pk}$和泊松模型。 第十二章：统计学在六西格玛（Six Sigma）中的角色 DMAIC流程中的统计工具映射： 清晰界定在定义（Define）、测量（Measure）、分析（Analyze）、改进（Improve）和控制（Control）阶段需要应用的统计技术。 测量系统分析（MSA）： 详细介绍重复性与再现性（Gage R&R）研究，确保测量数据的可靠性是后续改进的基础。 过程改进的验证： 如何使用假设检验和置信区间来量化改进措施带来的实际、统计学上显著的效益。 --- 本书特色： 高度实操性： 每一章节均配有源自真实工程案例（如材料疲劳分析、半导体良率提升、化工过程优化）的数据集和详细的软件操作步骤说明（R/Python/Minitab/JMP 逻辑）。 注重“为什么”而非仅“如何做”： 强调统计模型背后的物理和逻辑意义，帮助读者避免“盲目套用公式”。 覆盖全流程： 从数据采集的规范性，到实验设计的效率，再到模型的预测与控制，构建了一个完整的工程数据分析闭环。
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