Les invitamos a asistir a la conferencia COMSOL Conference 2019 para avanzar en sus conocimientos de simulación numérica y conectar con expertos en diseño y modelado como usted. Este evento se centra en la simulación multifísica y sus aplicaciones. Una gran variedad de sesiones le ofrecen de todo, desde ponencias principales inspiradoras dadas por líderes de la industria a discusiones cara a cara con ingenieros de aplicaciones y desarrolladores. Puede adaptar el programa a sus necesidades específicas, ya sea que su objetivo sea de aprendizaje de nuesvas técnicas de modelado o conectar con usuarios como usted del software COMSOL®. Únase a nosotros en la COMSOL Conference para:
SALA DE CONFERENCIAS
Churchill College, Universidad de Cambridge
Storey’s Way
Cambridge
CB3 0DS
Reino Unido
Una prueba de hipótesis es una regla que especifica cuando se puede aceptar o rechazar una afirmación sobre una población dependiendo de la evidencia proporcionada por una muestra de datos.
Una prueba de hipótesis examina dos hipótesis opuestas sobre una población: la hipótesis nula y la hipótesis alternativa. La hipótesis nula es la afirmación que se está comprobando. Normalmente la hipótesis nula es una afirmación de "sin efecto" o "sin diferencia". La hipótesis alternativa es la afirmación que se desea ser capaz de concluir que es verdadera basándose en la evidencia proporcionada por los datos de la muestra.
Basándose en los datos de la muestra, la prueba determina cuando rechazar la hipótesis nula. Se utiliza un p-valor, para realizar esa determinación. Si el p-valor es menos que el nivel de significación (conocido como α o alfa), entonces se puede rechazar la hipótesis nula.
Un error común suele ser que las pruebas de hipótesis estadísticas están diseñadas para seleccionar la más probable de dos hipótesis. Sin embargo, al diseñor una prueba de hipótesis, se configura la hipótesis nula como la que se quiere rechazar. Dado que se fija que el nivel de significación sea pequeño antes del análisis (normalmente, un valor de 0.05 funciona correctamente), Cuando se rechaza la hipótesis nula, se tiene una prueba estadística de que la alternativa es cierta. Por el contrario, si no se rechaza la hipóetesis nula, no se tiene prueba estadística de que la hipótesis nula sea cierta. Esto es debido a que no se ha fijado la probabilidad de que se acepte falsamente que la hipótesis nula sea pequeña.
Ejemplos de algunas preguntas que se pueden responder con una preuba de hipótesis:
Se pueden seguir seis pasos básicos para configurar y realizar correctamente una prueba de hipótesis. Por ejemplo, el director de una fábrica de tuberías debe asegurarse de que los diámetros de sus tuberías sean igual a 5cm. El director sigue los siguientes pasos básicos para realizar el test de hipótesis.
NOTA
Se deberá determinar el criterio para la prueba y el tamaño de la muestra requerida antes de recoger los datos.
1. Especificar la hipótesis.
En primer lugar, el director formula la hipótesis. La hipótesis nula es: La media de la población de todas las tuberías es igual a 5 cm. Formalmente, esto se escribe: H0: μ = 5
Entonces, el director escoge entre las siguientes hipótesis alternativas:
Condición a prueba Hipótesis alternativa
La media poblacional es menor que el objetivo. unilateral: μ < 5
La media poblacional es mayor que el objetivo. unilateral: μ > 5
La media poblacional difiere del objetivo. a dos lados: μ ≠ 5
Como tienen que asegurarse de que las tuberías no sean mayores o menores a 5cm, el director elige la hipótesis alternativa de dos lados, que establece que la media de la población de todas las tuberías no es igual a 5cm. Formalmente se escribe como H1: μ ≠ 5
2. Escoger un nivel de significación (también llamado alfa o α).
El director selecciona un nivel de significación de 0.05, que es el más típico.
3. Recoger los datos.
Recogen una muestra de tubos y miden sus diámetros.
4. Comparar el p-valor de la prueba con el nivel de significación.
Después de realizar la prueba de hipótesis el director obtiene un p-valor de 0.004. El p-valor es menor que el nivel de significación de 0.05.
5. Decidir si rechazar o no rechazar la hipótesis nula.
El director rechaza la hipótesis nula y concluye que el diámetro medio de tubería de todas las tuberías no es igaual a 5cm.
Los cables proporcionan energía a aviones a gran altura, en minas subterráneas y parques eólicos marinos. Dependiendo del tipo de uso, los cables pueden tener formas, tamaños y entornos muy diferentes, lo que afectará a su rendimiento. En su discurso de apertura en la Conferencia COMSOL 2018 de Lausana, Adrien Charmetant de Nexans explicó cómo se utiliza el modelado multifísico para optimizar los diseños de cables. En esta entrada del blog de COMSOL podrá encontrar un resumen de su conferencia y un video de su presentación.
Nexans es un proveedor global de soluciones de cable que ayuda a transmitir energía e información a millones de personas. Sus cables y accesorios se utilizan para presas hidroeléctricas, minas, parques eólicos marinos, centros de datos, rascacielos de las ciudades y transportes.
Para explicar el comportamiento acoplado de los cables, Charmetant y su equipo utilizan la simulación "como un complemento de los estándares". Señaló que el software COMSOL Multiphysics® los ayuda a resolver la física compleja con menos aproximaciones. "Permite un tiempo de comercialización más rápido y un desarrollo más barato de nuevos cables y nuevos accesorios", dijo Charmetant. Además, el modelado permite instalaciones de cable más seguras y con un costo optimizado, y ayuda a evitar el sobrecalentamiento. Otros beneficios incluyen la versatilidad de la simulación multifísica y la capacidad de llevar metodologías de diseño complejas a un público más amplio a través de aplicaciones de simulación.
Charmetant continuó discutiendo dos formas en que Nexans utiliza el modelado para mejorar el proceso de desarrollo de cables y sus accesorios: creación de prototipos virtuales, que agiliza el diseño de estos dispositivos, y el análisis dinámico, que ayuda a que la instalación de cables sea más rentable.
Addlink Software Científico, distribuidor oficial del software de cálculo matemático Maple (Maplesoft) en España, estará presente en el Congreso Bienal de la Real Sociedad Matemática Española (RSME), que tendrá lugar en Santander, del 4 al 8 de febrero de 2019.
Además de disponer de un estand en la zona de exposición en el Aula 6 del Edificio Interfacultativo de la Facultad de Educación, el día 6 de febrero, el Dr. Jürgen Gerhard, Director Principal de Investigación de Maplesoft impartirá el seminario titulado "Special Functions in Maple".
Después de este seminario el Dr. Laureano González Vega, Catedrático de Álgebra de la Universidad de Cantabria, impartirá el Taller: "Matemáticas experimentales con Maple". El taller pretende proporcionar una primera toma de contacto en el uso de Maple como herramienta computacional para analizar la veracidad de afirmaciones matemáticas o, incluso, deducir nuevas afirmaciones.
Erik Melin nos explica en su interesante artículo del blog de COMSOL cómo resolver los problemas de modelado FEM de una manera más eficiente, modificando la malla de forma adaptativa en COMSOL Multiphysics.
El objetivo de la adaptación de la malla es utilizar la menor cantidad de elementos posible para obtener una solución precisa. Por lo general es deseable utilizar una malla más gruesa en las regiones que no son muy importantes y una malla más refinada en las regiones de interés. Incluso se podría considerar el uso de elementos anisotrópicos. A partir de la versión 5.4 de COMSOL Multiphysics, éste incluye herramientas mejoradas para adaptar una malla. Esto es lo que nos explica Erik en esta entrada del blog.
Para adaptar una malla, es necesario proporcionar el tamaño del elemento deseado. Encontrar el tamaño correcto de los elementos no es una tarea sencilla. De hecho, está sujeta a mucha investigación. En COMSOL Multiphysics, puede usarse la funcionalidad de Adaptación y Estimaciones de Error en el estudio (para problemas estacionarios y valores propios) para adaptar automáticamente la malla en base a las estimaciones de error incorporadas.
La adaptación de malla en COMSOL Multiphysics, sin embargo, no está limitada al uso de estimaciones incluidas del error: es mucho más flexible. Es posible resolver un problema más simple en una malla gruesa y luego evaluar una expresión en esa solución para controlar el tamaño del elemento para el problema más avanzado. También se puede utilizar una función de interpolación importada o cualquier expresión que se pueda encontrar.
Esta publicación del blog de COMSOL no profundiza en este aspecto, sino que considera que el usuario, implícita o explícitamente, conoce el tamaño deseado del elemento como una función de x , y , y (en 3D) z. ¿Qué significa esto? La interpretación es que la longitud de un borde de un elemento de malla viene dada por la función evaluada en el punto medio de ese borde. Naturalmente, es (en general) imposible satisfacer exactamente este requisito. Incluso un solo triángulo necesita satisfacer la desigualdad del triángulo. Pero es importante tener en cuenta esta imagen: la expresión de tamaño representa la longitud del borde del elemento deseado en cada punto del espacio.
Todos los productos de COMSOL® han mejorado su estabilidad que se han introducido como actualizaciones. La siguiente lista contiene las mejoras más importantes de COMSOL® versión 5.4 update 2 (incluyendo las del update 1).
1Nuevo en update 1
2Nuevo en update 2
En esta publicación se muestra cómo funcionan las pruebas de hipótesis y los intervalos de confianza, centrándose en conceptos y gráficos en lugar de las ecuaciones y números.
Previamente se había utilizado gráficos para mostrar lo que realmente significa significación estadística. Pero en esta publicación se explicarán tanto los intervalos de confianza como los niveles de confianza, y cómo están estrechamente relacionados con los valores de P y los niveles de significación.
Un intervalo de confianza es un rango de valores que es probable que contenga un parámetro de población desconocido. Si se dibuja una muestra aleatoria muchas veces, un cierto porcentaje de los intervalos de confianza contendrá a la media de la población. Ese porcentaje es el nivel de confianza.
Con mayor frecuencia, se utilizarán los intervalos de configanza para delimitar la media o la desviación estándar, pero también pueden obtenerse para los coeficientes de regresión, las proporciones, las tasas de incidencia (Poisson) y las diferencias entre poblaciones.

Un intervalo de confianza del 95% indica que 19 de cada 20 muestras (95%) de la misma población producirá intervalos de confianza que contienen el parámetro de la población.
Del mismo modo que hay una idea errónea de cómo interpretar los valores de P, también hay una idea errónea de cómo interpretar los intervalos de confianza. En este caso, el nivel de confianza no es la probabilidad de que un intervalo de confianza específico contenga el parámetro de población.
El nivel de confianza representa la capacidad teórica del análisis para producir intervalos precisos si se es capaz de calcular muchos intervalos y conoce el valor del parámetro de población. Para un intervalo de confianza específico de un estucio, el intervalo contiene el valor de la población o no, no hay posibilidad de que existean probabilidades diferentes de 0 o 1. Y no se puede elegir entre estas dos posibilidades porque no se conoce el valor del parámetro de población.
"El parámetro es una constante desconocida y no se puede hacer una afirmación de probabilidad respecto su valor." —Jerzy Neyman, desarrollador original de los intervalos de confianza.
Esto se comprenderá más fácilmente después de que hablemos de la gráfica más abajo...
Con esto en mente, ¿cómo se interpretan los intervalos de confianza?
Los intervalos de confianza sirven como buenas estimaciones del parámetro de población porque el procedimiento tiende a producir intervalos que contienen el parámetro. Los intervalos de confianza se componene de la estimación puntual (el valor más probable) y un margen de error en torno a esa estimación puntual. El margen de error indica la cantidad de incertidumbre que rodea la estimación muestral del parámetro de población.
En este sentido, pueden utilizarse los intervalos de confianza para evaluar la precisión de la estimación de la muestra. Para una variable específica, uni intervalo de confanza más estrecho [90 110] sugiere una estimación más precisa del parámetro de población que un intervalo de confianza más amplio [50 150].
Continuemos para ver cómo los intervalos de confianza explican ese margen de error. Para hacer esto, utilizaremos las mismas herramientas que hemos estado usando para entender las pruebas de hipótesis. Se creará una distribución de muestreo utilizando gráficos de distribución de probabilidad, la distribución t y la variabilidad en los datos. Basaremos el intervalo de confianza en el conjunto de datos de costes de energía que se han estado utilizando.
Cuando observamos los niveles de significación, los gráficos mostraban una distribución muestral centrada en el valor de la hipótesis nula, y el 5% exterior de la distribución estaba sombreado. Para los intervalos de confianza, necesitamos desplazar la distribución del muestreo para que esté centrada en la media de la muestra y sombrear el 95% central.

Gráfico de distribución de probabilidad que ilustra cómo funcionan los intervalos de confianza
El área sombreada muestra el rango de la muestra que significa que se obtendría el 95% del tiempo utilizando nuestra media muestral como la estimación puntual de la media poblacional. Este rango [267 394] es nuestro intervalo de confianza del 95%.
Utilizando el gráfico es más fácil comprender cómo un intervalo de confianza específico representa el margen de error, o la cantidad de certeza, alrededor de la estimación puntual. La media muestral es el valor más probable para lamedia poblacional dada la información que tenemos. Sin embargo, el gráfico muestra que no sería totalmente inusual que otras muestras aleatorias extraídas de la misma población obtuvieran diferentes medias muestrales dentro del área sobreada. Estas otras muestras probables significan que todos sugiere valores diferentes para la media de la población. Por lo tanto, el intervalo representa la incertidumbre inherente que viene con el uso de datos de muestra.
Se pueden utilizar estos gráficos para calcular probabilidades para valores específicos. Sin embargo nótese que no se puede posicionar la media de la población en el gráfico porque el valor es desconocido. En consecuencia, no se pueden calcular probabilidades para la media de la población, ¡tal y como dijo Neyman!
Se puede utilizar valores de P o intervalos de confianza para determinar si los resultados son estadísticamente significativos. Si una prueba de hipótesis produce ambos, estos resultados concordarán.
El nivel de confianza es equivalente a 1 - el nivel alfa. Entonces, si el nivel de significación es 0.05, el nivel de confianza correspondiente es del 95%.
Para nuestro ejemplo, el valor de P (0.031) es menor que el nivel de significancia (0.05), lo que indica que nuestro resultado es estadísticamente significativo. De manera similar, nuestro intervalo de confianza del 95% [267 394] no incluye la media de la hipótesis nula de 260 y llegamos a la misma conclusión.
Para comprender por qué los resultados siempre concuerdan, recuérdese como funcionan tanto el nivel de significación como el nivel de confianza.
Tanto el nivel de significación como el nivel de confianza definen una distancia de un límite a una media. ¿Adivina? ¡Las distancias en ambos casos son exactamente iguales!
La distancia es igual al t-valor crítico * el error estándar de la media. Para los datos del ejemplo del coste de la energía, la distancia llega a ser de 63.57$.
Imagine esta discusión entre la media de la hipótesis nula y la media de la muestra:
Muy agradables, ¿verdad? Y, siempre estarán de acuerdo mientras se comparen los correctos pares de P valores e intervalos de confianza. Si se comparan los pares incorrectos, se obtendrán resultados conflictivos, como se muestra en el error típico #1 en esta publicación.
Los análisis estadísticos, tienden a centrarse más en los P valores y simplemente detectar un efecto o diferencia significativos. Sin embargo, un efecto estadísticamente significativo no es necesariamente significativo en el mundo real. Por ejemplo, el efecto puede ser demasiado pequeño para tener algún valor práctico.
Es importante prestar atención tanto a la magnitud como a la precisión del efecto estimado. Por eso me gustan los intevalos de confianza. Permiten evaluar estas importantes características junto con la significación estadística. A todos nos gustaría ver un intervalo de confianza estrecho donde el rango completo representa un efecto que es significativo en el mundo real.