不确定度理论的五大难关(4)——第四关：变性难

史锦顺

                  不确定度理论的五大难关(4)

                                 ——第四关：变性难

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（一）事物和事物的性质

逻辑学指出：

“每个事物，总有它的性质，这就是事物的属性。事物与属性是不可分的。事物都是有属性的事物，属性也都是事物的属性。

一个事物与另一个事物的相同或相异，也就是一个事物的属性与另一事物属性的相同或相异。

由于事物属性的相同与相异，客观世界就形成了许多不同的事物类。具有相同属性的事物就形成一类，具有不同性质的事物就分别地形成不同的类”。

（引自金岳霖：《形式逻辑》）

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（二）分类的必要

分类是认识事物的一种基本方法。

认识事物，就是认识事物的性质，即事物的客观属性。

事物总是有属性的事物，而属性总是事物的属性。因之，概念在反映事物的特有属性的同时，也就反映了具有这些特有属性的事物。这就形成了概念的内涵与外延这两个方面。

概念的内涵，就是概念所反映的事物的特有属性。

概念的外延，就是具有概念所反映的特有属性的事物。

定义是明确概念的内涵的逻辑方法；分类是明确概念的外延的逻辑方法。

分类就是把一个概念的外延分为几个小类的逻辑方法。

把一个大类分成几个小类，大类叫属，是分类的母项，小类叫种，是分类的子项。所以，分类就是把一个属分为几个种。

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按事物的性质将事物分类，这就便于归纳比较、发现规律、正确处理。

近代自然科学的一位奠基人林奈说：“知识的第一步，就是要了解事物本身。这意味着对客观事物要具有确切的理解；通过有条理的分类和确切的命名，我们可以区分并认识客观事物。分类和命名是科学的基础”。

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（三）误差分类的科学性

1 关于异常数据

有些误差理论的书，把异常数据叫做粗大误差，并和系统误差、随机误差并列，这是不当的分类法。这种分类，没有按同一分类标准。

异常数据是失误或故障，不是误差。误差是有规律的，而异常数据有各种情况，并无规律。现在，已不再叫粗大误差，而改称异常数据。

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2 两类误差

误差理论把误差分成两类：系统误差和随机误差（曾经叫偶然误差），这是根据误差的性质的分类。分类正确，命名准确。

误差理论对误差的分类，有深厚的哲学基础。必然性与偶然性，是客观世界的基本属性。必然性，是人类一切活动的基础。否定必然性同否定偶然性一样，都是不符合实际的。

误差理论的分类，在实践应用中是成功的。三百年来误差理论的成功应用的历史，就是误差分类方法的成功应用的历史。不确定度论攻击误差分类理论，是不顾事实的胡说。一位网友说过，宣贯不确定度那阵子，不让叫系统误差，有些话就是说不明白。明明存在的事物，你不让说，真不讲理。

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误差分类，把误差分为系统误差与随机误差，是误差处理的基础。有重要的实际用途。

1 随机误差，用多次测量的方法，可以减小，而系统误差不行；

2 系统误差用标准或高档仪器确定后，可以修正，而随机误差不能修正。

3 仪器与计量标准的设计，要寻求恰当的物理机制，减小系统误差。发明新型的计量标准与新型测量仪器，关键是大幅度减小系统误差。

4 随机误差，主要由随机因素引入。对待环境温度的波动，要选择温度系数小的材料与器件；电子噪声，常常是测量仪器随机误差的主要来源，可选用低噪声元器件。

5 误差合成，随机误差内用“均方根法”，随机误差间按“方和根法”合成。

6 已定系统误差，进行代数运算，体现在测得值中，不再计入误差范围。未定系统误差（只知界限，不知大小和符号）间合成，要用“绝对和法”，易算又保险，广受设计人员欢迎。

7 设计中可利用系统误差的特点，使其相互抵消。本人提出的“定度标准负载的双探针法”（计量院1965），就是通过变相位的两次测量，消除接头固有反射等几项系统误差。本人另一项工作（27所1985）指出：激光测厚仪（用于钢厂热轧生产线）的横梁与立柱的温度效应引入的测量误差，是正负号相反、而量值近似相等的系统误差。由此，横梁立柱选用同一材料（铸铁），此项误差可相互抵消。相同用途的美国产品，横梁用石英，（立柱用钢材）贵而又失去了系统误差的抵消作用。

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由上所述，把误差分类为随机误差与系统误差，是科学的，是很实用的。

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（四）不确定度理论否定误差分类

1 隔断事物与事物性质的关系

不确定度否定误差分类的前提，是把事物和事物的性质分开。这种观点表现在对仪器不确定度的解释上。说“仪器不确定度不是仪器的不确定度”。

2 否定误差分类

不确定度论认为只有测量时的系统性作用与随机性作用，没有客观的系统误差与随机误差。

3 否定必然性，夸张随机性。

确定的、必然的事件，是人类生存的基础；什么都随机，人就没法活了。不可否认有随机事件存在；但绝不能否定“确定性”是宇宙、世界、人生、计量的基础。

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（五）变性之路行不通

1 不确定度的分类，不按性质分类，所谓的A类评定、B类评定，是不确定度理论的一大败笔。

2 不确定度理论按随机误差的合成办法处理系统误差的合成问题，而相关系数公式不能反映系统误差的相关性，对待系统误差，“方和根法”行不通。

3 把系统误差说成是随机的，硬性地把系统误差变性为随机误差，是不确定度论的一个基本思想。

不确定度论的说法：用一台仪器测量一个量，测量多次，某项误差不变，说是系统误差，但要用一百台仪器同时测量此量，该项误差就是随机的。

史锦顺认为，只是仪器数量大还不行，同一型号，可能此项误差仍不是随机的，要说它是随机的，要加一个条件，就是用一百种不同原理的测量仪器测量，此项误差才可能是随机的。

人们测量，一种量肯定用一台仪器测量。用多台仪器测量同一量，是理论家的空想，不符合实际情况。至于能保证变性成功的用多种原理的测量仪器测量同一量，既无必要，也不可能。

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不确定度理论力图把系统误差变成随机误差，这是一大难关。

总之，“变性关”难过。

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崔伟群

您的这一观点我基本赞成！

史锦顺

回复 2# 崔伟群


     谢谢先生的支持。我已老朽，又远离我国的科学中心北京；先生不仅年富力强，且不仅在北京，又在国家计量院，令人羡慕。对我国的计量事业来说，我是心有余而力不足，作用有限；望先生能担起革新计量理论的重任，在世界计量界竖起有中国特色的旗帜！

崔伟群

回复 3# 史锦顺


   套用句老话：“家家有本难念的经”，都不容易，我对不确定度和误差法的置信概率和置信区间进行了详细的研究和数值模拟，有些结果有利于您的一些观点，合适的时机我会贴出来。

njlyx

与“随机性”对应的是“规律性”，由此评判原有的“系统误差”与“随机误差”的分类命名是没有什么不妥，因为前者确实有一定的“规律”可以被人们所掌握，相对于后者确有应用、处理方面的明显差别。

只是对于最终遗留于测量结果中的“系统误差”分量，测量者（测量结果的提供者）真的是没有完全掌握它的“规律”（或由于技术不济，或由于成本不支,...)----它属于‘不确定量’，这是认识主体（测量者）‘谦逊’的表述---不是被认识的对象没有规律（随机），是‘我’能力有限，没有掌握其‘规律’，从而它对‘我’来说是‘不确定量’。

不过，现代技术科学的主流认识观似乎就是这样‘谦逊’的----世间万态本是有规律的，就等我们不懈努力去掌握！ 不存在原本的‘随机性’，所谓‘随机’，只是人们认识能力所限的托辞而已。....于是，认识主体的“不确定性”与被认识对象的“随机性”所指相同。

于是，最终遗留于测量结果中的“系统误差”分量的‘随机性’昭然！----- “系统误差”与“随机误差”的分类可取（前者确有一定的‘规律性’，只是它也还有‘随机性’），但命名宜适当调整（如可按‘自相关性’的对立差异命名？）

规矩湾锦苑

　　不确定度不分类是指不确定度自身不分类，不确定度就是某个区间的宽度（半宽），宽度就是宽度，是不分类的，无论不确定度的来源如何，大家都贡献给真值存在的区间宽度。不确定度并不反对误差分类，误差按其性质进行分类的方法以及按此分类方法分为系统误差、随机误差、粗大误差是误差理论早已确定了的事。

史锦顺

回复 6# 规矩湾锦苑


      1 分类是一个概念的必然现象，可以说不分类，就难以表达。JJF1001中就有标准不确定度与扩展不确定度；有仪器不确定度，有零的不确定度；评定有A类评定与B类评定，这不都是分类吗？怎能说“不确定度不分类？”
      2 说“无论不确定度来源如何，大家都贡献给真值存在的区间”，“不分来源”实际是笼统地一律当“随机”处理，典型的作法是一律“方和根合成”，这是不确定度的最大败笔。
      3 不确定度论只承认“作用”，而不承认“系统”与“随机”这两大本性，带来许多根本性的问题。不确定度宣贯时甚至不许称说“系统误差”，怎能说“不反对误差分类？”
      4 一些书籍已把原称呼“粗大误差”改称“异常数据”，这个变化该接受啊！

规矩湾锦苑

回复 7# 史锦顺

　　不确定度是个“宽度”，而且这个宽度都是指估计的被测量真值存在区间的半宽，因此不存在分类问题。标准不确定度与扩展不确定度的区别只是要不要将这个宽度扩展（放大），包含因子k＝1时的不确定度是标准不确定度，k＞1时的不确定度为扩展不确定度。这个k相当于保险系数，保险系数为1主要是为了计算统一标准和方便，用于测量工程保险系数一般就必须大于1，因此扩展不确定度就相当于保险系数必须大于1的实际测量工程的不确定度。
　　至于标准不确定度的合成也并不是一律是“方和根”合成，同样要考虑各标准不确定度分量的相关性，其合成方法与误差的合成方法相同。不过值得一提的是不确定度与误差合成方法相同并不等于两者是一回事，它们仍然是完全不同的两个概念。
　　前面说了不确定度只是个宽度，引起不确定度分量的原因无论是随机误差还是系统误差，带来的结果都是影响被测量真值存在区间的估计宽度，不再有什么随机宽度或系统宽度的说法，“宽度”不存在随机的还是系统的，我们可以说随机效应引起的不确定度和系统效应引起的不确定度。因此，不确定度并不反对误差分成随机误差和系统误差，反对的是将不确定度这个“半宽”分成随机半宽和系统半宽。
　　我并不反对把原称呼“粗大误差”改称“异常数据”，但我认为“粗大误差”仍然是既不同于随机误差也不同于系统误差的一个“误差”种类。粗大误差是必须消除的误差，这个误差由异常数据所造成，消除粗大误差就必须剔除异常数据，因此异常数据是“因”，粗大误差是“果”，因果相依，无因就无果，无果也没因，“因”与“果”虽然相依但概念上还是不同。