本帖最后由 史锦顺 于 2016-1-10 21:14 编辑
-
关于误差合成的重要共识
——再评《钱文》(2)
-
史锦顺
-
(一)经典误差理论的误差合成
经典误差理论(以1980版的《数学手册》为代表)处理误差合成,就是取分项误差或误差范围(《钱文》称误差限)的“绝对和”。
(1)和:二量和的误差范围,等于二量的误差范围之和。
(2)差:二量差的误差范围,等于二量的误差范围之和(不是差)。
(3)积:二量积的相对误差范围,等于二量的相对误差范围之和。
(4)商:二量相除,商的相对误差范围,等于二量的相对误差范围之和。
(5)幂:Y等于A的n次方,则Y的误差范围等于A的误差范围的n倍。
(6)根:Y等于B的n次方根,则Y的误差范围等于B的误差范围的1/n倍。
-
(二)不确定度论关于误差合成的见识
不确定度论认为:由统计量算得的标准偏差与基于边界限的误差范围(误差限)无法合成。
GUM的解决办法(GUM法):把误差限(如仪器的最大允许误差MPEV),各种各样的系统误差,变成标准偏差,称为标准不确定度;将标准不确定度用“方和根法”求合成不确定度,再乘以包含因子,得扩展不确定度。扩展不确定度即相当于误差限;测得值加减U95是测量结果。测量结果以95%的概率包含真值。
-
GUM法,有五项要求,形成不确定度合成的五大难关:
1 要知道被测量的分布规律、各项误差的分布规律;否则不知除或乘的因子。
2 要把本来的系统误差转化为随机误差(实际上是靠不符合实际的空想)。
3 假设参与合成的各项“不相关”。因为所用相关系数公式对系统误差的灵敏度为零,根本就没有判断系统误差相关性的公式。不确定度评定都“假设不相关”。这是“掩耳盗铃”。
4 进行“范围”与“标准差”间的往返折算,麻烦而不可靠。
5 要知道既难懂又难求的“自由度”。
-
【史评】
这五关,难。其实是人为的陷阱。是没有必要的。凭空制造的难题、人为的枷锁、羁绊,人们有必要忍受吗?
-
(三)《钱文》关于“极限值”与“标准差”的精彩论述
且看《钱文》的论述。
“极值控制”的特点使得B类评定所提供的原始数据都是“极限值”而评定结果也希望以“误差极限值”的形式给出。
-
由于“极值控制”条件下误差的标准差及覆盖因子也是不确定的, 经“ 标准差归算” 的运算方式是不合适的。
-
对“极限值”存在一种病态的排斥态度, 原因是以下两种偏见:
l) 认为“标准差”是可相比较的, 而“极限值”由于“覆盖因子”的不同,是不可比的。
2) 认为统计学为标准差的综合提供了理论严密的综合方法, 而对于“极限值”则缺乏这样的综合方法。
-
如果懂得误差统计特征值的大小是表征着测量结果逼近被测量真值的可靠程度。则按一定的可靠性水平的可靠性指标确定的“极限值”是可比较的,“极限值”越大, 可靠程度越低。相反,“标准差”是不可比的,因为不同概率分布的“标准差”代表着不同的可靠程度。
-
受“ 准确度控制”,误差项的方差是不确定的, 其估计值通常是其上限值。在这条件下严格的方差运算法则也无法给出明确可靠的误差标准差的估计值, 因为被估计的量值本身是不确定的。相反, 在方差严格运算法则基础上, 是可以推导出普遍适用的, 统计学上合理的“中心化极限值( 即“ 扩展不确定度) 直接综合法则。
-
本文建议的误差评估方法将采用误差极限值作为被评定的主要特征值, 即选确定所有误差项的“中心化极限值”或“极限值”,再直接综合出误差的“中心化极限值”或“极限值”。这样的评定方法完全避免了估计“极值控制”误差项极限值的“覆盖因子”,易于执行, 一致性高,且基本不带人为主观的色彩。
-
(四)《钱文》与《史氏测量计量学说》的共识
读《钱文》,第一次得知有“极限控制”的说法。计量体制下的“检定”,就是测量仪器的合格性判别(校准的符合性判别就是合格性判别,是必不可少的)。把合格性判别概括为“极限控制”是很准确地、有指导意义的一种观念升华。第一说明计量的实际作用,第二指导人们按“极限控制”来思考问题。
我没听过“极限控制”的说法,但研究误差理论早就注意“范围”问题。范围就是极限值。我把误差元当出发点,而把“误差范围”当作贯通研制、计量、测量三大场合的核心概念,说明我和钱先生早就有这项共识。
-
着眼于“范围”,基于“误差元”与“误差范围”的定义,可以严格地推导出测量计量三大场合的基本公式。
-
着眼于“范围”(等同于《钱文》的极限值),在误差合成方法上,就出捷径。
不确定度论着眼于“标准差”,走了弯路,出现了五大难关,给测量计量界带来无穷无尽的麻烦。
-
《钱文》指出:
“极限值”是可比较的。
误差评估采用误差极限值作为被评定的主要特征值。
直接综合出误差的“极限值”,此法完全避免了估计覆盖因子(包含因子),易于执行,一致性高,且基本不带人为主观的色色彩。
-
《钱文》的这些论断,是划时代的。有极强的指导意义。就是说,可以并且应当着眼于“极限值”,老史基于“误差范围”建立的理论,特别是关于误差合成的理论,与《钱文》的主张是不谋而合的。
-
《钱文》指出:“极限值”可比,而“标准差”不可比。基于“极限值”的计算,合理;基于“标准差”的计算不合理。老史认为此论语出惊人。
基于“标准差”的不确定度计算法,极其烦难,要过“五关”。
基于“范围”的史氏计算法(核心是交叉系数易知),极其简单,“五关”一风吹。大智在“简”,人心思“简”。“简化”是方向!
老史原来只知“着眼范围”与“着眼标准差”有同样功效,“着眼范围”可以避繁就简。读过“钱文”方知:“着眼范围”合理;而“着眼标准差”不合理。
《钱文》指出的路,正是老史已经走过或正在走着的路。这让老史怎能不得意,怎能不欢呼!
-
(未完待续) |