PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA CÁLCULOS ESTATÍSTICOS Tatiane Lima Batista 1 Paulo Roberto Lacerda Tavares 2 RESUMO: O conhecimento estatístico é fundamental para diversas situações por ser uma ferramenta de análise de dados. A disciplina de probabilidade e estatística na engenharia civil tem a finalidade de proporcionar aos alunos a capacidade de analisar dados e inferir através deles. Para auxiliar no processo de aprendizagem, foi elaborado um programa computacional composto por duas partes: estatística descritiva e distribuição de probabilidades. O programa foi elaborado em linguagem Java com a utilização de duas IDE s: O Eclipse e o Netbeans. A ferramenta reduz a necessidade constante de realizar cálculos repetitivos e exaustivos baseados apenas na memorização de fórmulas. Palavras chave: estatística descritiva, probabilidade; software educacional INTRODUÇÃO A estatística se comporta como ciência quando, através de suas teorias, estuda conjunto de dados de qualquer natureza de forma autônoma. Ela também serve de instrumento para diversas áreas como Agronomia, Biologia, Física, Medicina, Hidrologia, dentre outras (IGNÁCIO, 2010). Com isso, é necessário ressaltar que a estatística existe para apoiar a ciência na busca pela excelência nas pesquisas, já que [...] os métodos estatísticos fazem parte do trabalho científico de qualidade. (PEREIRA, 2010). O conhecimento estatístico é necessário para as mais variadas situações no fornecimento de informações importantes e técnicas para analisar essas informações. Há indícios de que a estatística já era utilizada em 3000 a.c. na Babilônia, China e Egito através de censos que eram realizados, principalmente, para a obtenção de informações para a taxação de impostos e o alistamento militar (IM- UFRGS). A disciplina de estatística na engenharia civil tem a função de apresentar ao acadêmico conceitos de estatística descritiva, probabilidade e análise, incentivando principalmente o surgimento de habilidades de análise crítica, raciocínio lógico e compreensão dos resultados. Segundo Triola (TRIOLA, 2008, p.34), os professores de estatística em geral enfatizam a importância do auxílio de alguma forma de tecnologia para alcançar resultados, obtendo o sentido prático destes através de um pensamento crítico. Isso evita a necessidade de memorização de fórmulas realização de cálculos repetitivos. Uma vantagem da tecnologia Java é o fato de que ela possui um suporte satisfatório no que diz respeito a quantidade de grupos que promovem fóruns de discussão, disponibilizam materiais e esclarecem dúvidas. Além disso, o Java utiliza o conceito de Máquina Virtual que faz a interface entre os programas e o Sistema Operacional, o que caracteriza a sua portabilidade. (ASCENCIO; CAMPOS, 2007). 1 Graduando em engenharia civil, Universidade Federal do Cariri, Juazeiro do Norte, Ceará, limabtati@gmail.com 2 Docente do curso de engenharia civil, Universidade Federal do Cariri, Juazeiro do Norte, Ceará, prltavares@ufc.br 1
O objetivo deste trabalho é a criação de uma ferramenta computacional que auxilie o estudante de engenharia civil no estudo de estatística descritiva e distribuição de probabilidades, permitindo que este se concentre mais na análise desses resultados. MATERIAIS E MÉTODOS Os fundamentos de programação para a elaboração do software foram obtidos através da apostila FJ-11 Java a orientação à objetos, desenvolvida pela Caelum, e de pesquisas realizadas em fóruns e tutoriais na internet. Para a elaboração do programa foram utilizadas duas IDEs (Integrated Development Environment): o Eclipse na versão 4.2.2 e o Netbeans na versão 7.3.1. Inicialmente, o código foi preparado no eclipse, sendo posteriormente transferido para o Netbeans, onde foi criada a interface gráfica do programa. A organização do programa no Eclipse se deu através da elaboração de métodos que calculassem os parâmetros necessários à resolução dos problemas estatísticos, como: média, mediana, coeficiente de variação e etc. A ementa da disciplina contempla os seguintes conteúdos: análise exploratória de dados, elementos básicos da teoria da probabilidade, variáveis aleatórias e distribuições de probabilidade discretas e contínuas, amostragem, estimação e testes de hipóteses de média, variância e proporção, testes de aderência, homogeneidade e independência, análise de variância, regressão linear simples e múltipla e correlação. O programa aborda os três primeiros temas citados acima, estando os demais em processo de estudo e planejamento. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com base em estudos e na utilização das IDE s conseguiu-se elaborar um software estatístico de interface simples e objetiva. A interface inicial do programa é composta por uma barra de menu que contém as duas partes do programa e os tópicos que as compõem. A Figura 1 mostra essa interface inicial: Figura 1 Tela inicial do programa. 2
O programa foi dividido em duas partes: Estatística descritiva e Probabilidade. A estatística descritiva se subdivide em distribuição de frequência, sumário numérico e apresentação gráfica. Distribuição de frequência é o nome dado a uma tabela que lista os valores dos dados agrupados em classes e acompanhados de suas respectivas frequências. As classes são intervalos de valores e a frequência de cada classe representa a quantidade de dados da amostra que estão inseridos nesse intervalo. Uma distribuição de frequência constitui-se como um auxílio na compreensão da natureza da distribuição do conjunto de dados (TRIOLA, 2008, p. 34). A necessidade de organizar dados em uma tabela se dá quando se trabalha com um grande conjunto de dados, por isso, para confecção do programa adotou-se que a tabela de distribuição de frequência será construída apenas para uma quantidade de dados superior a 20. A tabela de distribuição de frequências divide-se em seis colunas: Classes, Ponto médio, Frequência absoluta, Frequência relativa, Frequência absoluta acumulada e Frequência relativa acumulada. No sumário numérico são calculadas as medidas de tendência central (média, moda, mediana) e medidas de dispersão (desvio médio absoluto, variância, desvio padrão e coeficiente de variação). A Figura 2 mostra essa parte do programa. Cada dado é inserido seguido de um Enter, de forma que cada valor ocupe uma linha da caixa. Ao clicar no botão Calcular, os valores são organizados em ordem crescente e aparecem na caixa do Rol. O sumário numérico é mostrado no quadro abaixo do rol. A distribuição de frequência aparecerá apenas se a quantidade de dados for superior a 20. Figura 2 Estatística descritiva 3
A parte denominada Probabilidade aborda as principais distribuições de probabilidade discretas e contínuas. Uma distribuição de probabilidade é uma descrição que dá a probabilidade para cada valor de uma variável denominada variável aleatória, que tem um valor numérico determinado pelo acaso de acordo com a situação. As distribuições de probabilidade são geralmente expressas por meio de fórmulas, gráficos ou tabelas (TRIOLA, 2008, p. 161). O programa trabalha com três distribuições discretas: Distribuição Binomial, Hipergeométrica e de Poisson; e seis contínuas: Distribuição Normal, Lognormal, Exponencial, T-de Student, Qui-Quadrado e F. Cada distribuição é aberta em uma janela diferente e contém uma aba que descreve suas principais características. O programa calcula a probabilidade de ocorrência dos eventos de acordo com parâmetros fornecidos pelo usuário. Esses parâmetros diferem de distribuição para distribuição de acordo com as suas características. A Figura 3 mostra a interface da distribuição Binomial. Figura 3 Distribuição Binomial. 4
CONCLUSÕES O programa para cálculos estatísticos visa auxiliar os estudantes de engenharia civil da Universidade Federal do Cariri na disciplina de Probabilidade e Estatística. Ele apresenta de modo simples e objetivo os conceitos estudados pelos mesmos na disciplina e os possibilita manter o foco no processo de análise crítica dos resultados. A ferramenta reduz a necessidade constante de realizar cálculos repetitivos e exaustivos baseados apenas na memorização de fórmulas. O software educativo ainda está em processo de conclusão. Trabalhos futuros poderão aperfeiçoá-lo e analisar a sua contribuição para o processo de aprendizagem dos alunos. AGRADECIMENTOS Deixo expressos meus agradecimentos à Universidade Federal do Cariri pelo incentivo ao desenvolvimento deste trabalho, ao professor Paulo Roberto Lacerda Tavares e aos colegas Graciano Fernandes e Francismário de Menezes Alves pelas valiosas sugestões e discussões no decorrer deste trabalho. REFERÊNCIAS ASCENCIO, Ana Fernanda Gomes; CAMPOS, Edilena Aparecida Veneruchi de. Fundamentos da programação de computadores. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. IGNÁCIO, Sérgio Aparecido. Importância da estatística para o processo de conhecimento e tomada de decisão. Revista Paranaense de Desenvolvimento, Curitiba, n. 118, p.175-192, jan./jun. 2010. INSTITUTO DE MATEMÁTICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. História da Estatística. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/mat/graduacao/estatistica/historia-da-estatistica>. Acesso em: 27 set. 2013. PEREIRA, Carlos. O papel do editor de estatística. Rev. Bras. Psiquiatr. [online]. 2010, vol.32, n.2, pp. 102-102. ISSN 1516-4446. TRIOLA, Mário F. Introdução à Estatística. 10 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 5