数据处理及误差分析.
误差分析和数据处理讲解
误差和分析数据处理1 数据的准确度和精度在任何一项分析工作中，我们都可以看到用同一个分析方法，测定同一个样品，虽然经过多少次测定，但是测定结果总不会是完全一样。
这说明在测定中有误差。
为此我们必须了解误差产生的原因及其表示方法，尽可能将误差减到最小，以提高分析结果的准确度。
1.1 真实值、平均值与中位数（一）真实值真值是指某物理量客观存在的确定值。
通常一个物理量的真值是不知道的，是我们努力要求测到的。
严格来讲，由于测量仪器，测定方法、环境、人的观察力、测量的程序等，都不可能是完善无缺的，故真值是无法测得的，是一个理想值。
科学实验中真值的定义是：设在测量中观察的次数为无限多，则根据误差分布定律正负误差出现的机率相等，故将各观察值相加，加以平均，在无系统误差情况下，可能获得极近于真值的数值。
故“真值”在现实中是指观察次数无限多时，所求得的平均值（或是写入文献手册中所谓的“公认值”）。
（二）平均值然而对我们工程实验而言，观察的次数都是有限的，故用有限观察次数求出的平均值，只能是近似真值，或称为最佳值。
一般我们称这一最佳值为平均值。
常用的平均值有下列几种：（1）算术平均值这种平均值最常用。
凡测量值的分布服从正态分布时，用最小二乘法原理可以证明：在一组等精度的测量中，算术平均值为最佳值或最可信赖值。
n x n x x x x ni in ∑=++==121 式中： n x x x 21、——各次观测值；n ――观察的次数。
（2）均方根平均值n x n x x x x n i in∑=++==1222221 均（3）加权平均值设对同一物理量用不同方法去测定，或对同一物理量由不同人去测定，计算平均值时，常对比较可靠的数值予以加重平均，称为加权平均。
∑∑=++++++===n i i n i ii n n n w x w w w w x w x w x w w 11212211式中；n x x x 21、——各次观测值；n w w w 21、——各测量值的对应权重。
实验误差分析及数据处理
由该式可见对体积误差的影响，直径的测量引起的相对误差远高于高度测量引起的相对误
差。
前面的误差传递公式是一般公式，对于系统误差及偶然误差都是适用的，那么对于标
准误差传递公式的形式如何呢？同样我们设有关系 y = f ( X 1, X 2 ,⋅ ⋅ ⋅⋅, X r ) ，其自变量
5.76
0.16
0.49
0.04
0.36
0.64
1.96
d
2 i
= 11.29
先算出算术平均值，有
m = ∑ mi = 46.5 n
可算出每次测量偏差 di ，再求出这10次测量的标准误差，得∑ s =dFra bibliotek2 i
=
11.29 = 1.12
n −1
9
由表1—1查得测量次数n=10时， c = xi s = 1.96 ，也即合理误差限 xi = 1.96s ，这就说
用最小二乘法原理可确定一组测量值中的最佳值，它能使各测量值误差的平方和为最
小，而最佳值正好是算术平均值。
标准误差S ：
( ) n
∑
Xi − X
2
S = i=1
n−1
我们用δi = Xi − X 表示第i次测量与算术平均值间的偏差，则有
S = ∑δi2
n−1
当 n→ ∞， X → xt 时，则标准误差为
110
地球物理实验
4. 系统误差的修正： 对于系统误差常常用对称法和校准法尽可能的消除或减小它。 对称法：利用对称性在实验系统的对称位置同时进行测量，数据平均以消除系统误
差。 校准法：使用更准确的仪器校准实验仪器，以减小系统误差；分析利用修正公式修正
实验测量数据，以消除系统误差。
误差及误差分析-数据的误差处理
实验数据
X1 x11 x12 x13 x14 x15 x16 X2 x21 x22 x23 x24 x25 x26
1.由测量数据计算直接测量量的最佳估计值 x 1 , x 2 2.由测量式计算间接测量量的最佳估计值 y f(x2,x2)
3.计算直接测量量的不确定度
n
(1)计算X1的A类标准不确定度 uA(x1)s(x1)
测量的精密度、准确度和精确度
精密度：表示测量结果中的随机误差大小的程度。 精密度高即数据的重复性好，随机误差小。
精密度
准确度
精确度
准确度：表示测量结果中的系统误差大小的程度。 准确度高即测量结果接近真值的程度高，系统误差小。
精确度：表示测量结果的重复性及接近真值的程度。。
三、误差的估算
1、偏差（残差）
A
误差及误差分析-数据的误差处理
C
2、测量的分类
按测量方式分：直接测量和间接测量
直接测量：待测物理量的大小可以从选定好的测量仪 器或仪表上直接读出来的测量。相应的待测物理量称 为直接测量量。
间接测量：待测物理量需根据直接测量的值，通过一定 的函数关系，才能计算出来的测量过程。相应的待测 量称为间接测量量。
uB(m )U (k m )0.3 240.08m g
(2) 在缺乏任何信息的情况下，一般使用均匀分布，
k 3 , 而a 则取仪器的最大允许误差（误差限） ( x ) , 所以B 类标准不确定度为
uB(x)
a k
(x) 3
直接测量量的B类标准不确定度的估算流程图
3、直接测量量的合成标准不确定度
(1) 对于形如 Y f ( X 1 , X 2 ,X N ) a X 1 b X 2 c X 3 的函数形式（和差关系）, 合成标准不确定度 的计算方法为:
数据处理及误差分析
数据处理及误差分析1. 引言数据处理及误差分析是科学研究和工程实践中一个至关重要的领域。
在收集和处理数据的过程中，往往会受到各种因素的干扰和误差的影响。
因此，正确地处理这些数据并进行误差分析，对于准确得出结论和进行科学决策至关重要。
2. 数据处理数据处理是指对收集到的数据进行整理、分析和解释的过程。
它包括了数据清洗、数据转换、数据提取和数据集成等步骤。
2.1 数据清洗数据清洗是指对原始数据进行筛选、剔除异常值和填充缺失值等处理。
清洗后的数据更加可靠和准确，能够更好地反映实际情况。
2.2 数据转换数据转换主要是将原始数据转化为符合分析需求的形式。
比如，将连续型数据离散化、进行数据标准化等。
2.3 数据提取数据提取是指从庞大的数据集中挑选出有意义和相关的数据进行分析。
通过合理选择变量和提取特征，可以提高数据分析的效率和准确性。
2.4 数据集成数据集成是指将来自不同数据源的数据进行整合和合并，以满足分析需求。
通过数据集成，可以获得更全面、更综合的数据集，提高分析结果的可信度。
3. 误差分析误差分析是对数据处理过程中产生的误差进行评估和分析。
误差可以分为系统误差和随机误差两种类型。
3.1 系统误差系统误差是由于数据收集和处理过程中的系统性偏差导致的。
它们可能是由于仪器精度不高、实验环境变化等原因引起的。
系统误差一般是可纠正的，但要确保误差产生的原因被消除或减小。
3.2 随机误差随机误差是由于抽样误差、观察误差等随机因素导致的。
它们是不可预测和不可消除的，只能通过多次重复实验和统计方法进行分析和控制。
4. 误差分析方法误差分析通常采用统计学和数学方法进行。
其中，常用的方法有误差传递法、误差平均法、误差椭圆法等。
4.1 误差传递法误差传递法是将各个步骤中产生的误差逐步传递，最终计算出整个数据处理过程中的总误差。
它能够帮助我们了解每个步骤对最终结果的影响程度，并找出影响结果准确性的关键因素。
4.2 误差平均法误差平均法是通过多次实验重复测量，并计算平均值来减小随机误差的影响。
物理实验中的数据处理与误差分析
物理实验中的数据处理与误差分析在物理实验中，数据处理与误差分析是非常重要的环节。
准确地处理实验数据并分析误差，可以提高实验结果的可靠性和准确性。
本文将介绍一些常见的数据处理方法和误差分析技巧，帮助读者更好地理解和应用这些知识。
一、数据处理方法1.平均值的计算在实验中，经常需要多次测量同一物理量，然后将测量结果求平均值。
计算平均值可以减小测量误差的影响，提高结果的准确性。
求平均值的方法很简单，只需要将所有测量结果相加，然后除以测量次数即可。
2.误差的传递在物理实验中，往往需要通过测量一些基本物理量来计算其他物理量。
当存在多个物理量的测量误差时，需要对误差进行传递计算。
常见的误差传递公式有乘法、除法和幂函数的误差传递公式。
3.直线拟合与斜率的计算在一些实验中，我们需要通过实验数据拟合一条直线来获得一些重要信息，如斜率、截距等。
直线拟合可以通过最小二乘法来完成，根据实验数据点与拟合直线的最小距离来确定直线的参数。
而斜率的计算可以通过拟合得到的直线参数来得出。
二、误差分析技巧1.随机误差与系统误差在物理实验中，误差通常分为随机误差和系统误差。
随机误差是由实验条件不完全相同或测量仪器精度的限制造成的，它的值在一定范围内变化。
系统误差是由于实验条件的固有缺陷或仪器的固有误差造成的，它的值通常是恒定的。
在误差分析中，需要分别考虑和处理这两种误差。
2.误差的类型与来源误差可以分为绝对误差和相对误差。
绝对误差是指测量结果与真实值之间的差值，而相对误差是指绝对误差与测量结果之间的比值。
误差的来源主要有仪器误差、人为误差和环境误差等。
3.误差的评估与控制误差的评估是确定测量结果可靠性和准确性的重要步骤。
通常可以采用标准差、百分误差和置信区间等方法来评估误差。
同时，通过合理地控制实验条件、使用精密的仪器和注意操作技巧等措施，可以降低误差的产生。
三、实例分析为了更好地理解数据处理与误差分析的应用，我们以一次重力实验为例进行分析。
误差分析和数据处理
误差和分析数据处理1 数据的准确度和精度在任何一项分析工作中,我们都可以看到用同一个分析方法，测定同一个样品,虽然经过多少次测定，但是测定结果总不会是完全一样。
这说明在测定中有误差。
为此我们必须了解误差产生的原因及其表示方法,尽可能将误差减到最小,以提高分析结果的准确度。
1。
1 真实值、平均值与中位数（一)真实值真值是指某物理量客观存在的确定值.通常一个物理量的真值是不知道的，是我们努力要求测到的。
严格来讲，由于测量仪器，测定方法、环境、人的观察力、测量的程序等，都不可能是完善无缺的，故真值是无法测得的，是一个理想值。
科学实验中真值的定义是：设在测量中观察的次数为无限多,则根据误差分布定律正负误差出现的机率相等，故将各观察值相加，加以平均,在无系统误差情况下，可能获得极近于真值的数值。
故“真值”在现实中是指观察次数无限多时,所求得的平均值(或是写入文献手册中所谓的“公认值”)。
(二）平均值然而对我们工程实验而言，观察的次数都是有限的，故用有限观察次数求出的平均值,只能是近似真值，或称为最佳值.一般我们称这一最佳值为平均值。
常用的平均值有下列几种:（1）算术平均值这种平均值最常用。
凡测量值的分布服从正态分布时,用最小二乘法原理可以证明:在一组等精度的测量中，算术平均值为最佳值或最可信赖值。
n x n x x x x ni in ∑=++==121 式中： n x x x 21、——各次观测值;n ――观察的次数.（2）均方根平均值n x n x x x x n i in∑=++==1222221 均（3）加权平均值设对同一物理量用不同方法去测定，或对同一物理量由不同人去测定，计算平均值时，常对比较可靠的数值予以加重平均，称为加权平均。
∑∑=++++++===n i i n i ii n n n w x w w w w x w x w x w w 11212211式中;n x x x 21、—-各次观测值；n w w w 21、—-各测量值的对应权重。
误差分析和数据处理
Ⅱ-1 误差的基本概念
五、不确定度
根据国家计量局《关于表达不确定度的建议 草案》，把不确定度按估计其权值所用的方法不 同归并成两类：
A类分量：对一系统多次重复测量后，用统计方法计 算出的标准偏差。
B类分量：用其他方法估算出的近似的标准偏差。
Ⅱ-1 误差的基本概念
而后用方和根的方法合成A类分量和B类分量， 合成后仍以标准偏差的形式表征，称为合成不确 定度。合成不确定度乘以一系数，从而得到总不 确定度，用下式表示：
误差分析和数据处理是判断科学实验和科学 测试结果质量和水平的主要手段。
Ⅱ-1 误差的基本概念
一、误差的定义和表示方法
（一）误差定义：
测量误差：是指被测量的实测值与其真值的 差别。
Ⅱ-1 误差的基本概念
（二）表示方法 １、绝对误差
绝对误差=测量值-真值
其中真值在以下情况下被认为是已知的。
Ⅱ-1 误差的基本概念
U K信系数； U 总不确定度。
Ⅱ-2 随机误差的性质与处理
一、正态分布规律
在工程应用中，大多数随机误差的分布具有 以下几个特点：
（一）对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概 率相等。
（二）单峰性：绝对值得误差出现的概率大， 绝对值大的出现的概率小。
Ⅱ-2 随机误差的性质与处理
次测量，大约有68次的值是落在 的范围的。
Ⅱ-2 随机误差的性质与处理
当置信区间宽为 2时，对应概率为95.4%
当置信区间宽为 3 时，对应概率为99.7%
因此可认为绝对值大于3 的误差几乎不可能
出现，所以通常又把 3 的误差称为单次测量误
差，用lim 表示。
lim 3
（三）算术平均值的概率误差
物理实验中的误差分析和数据处理
物理实验中的误差分析和数据处理在物理实验中，误差分析和数据处理是不可避免的步骤。
只有经过正确的误差分析和数据处理，才能得到准确可靠的实验结果，否则得到的结果可能会出现较大误差。
一、误差的分类误差可以分为系统误差和随机误差。
系统误差指的是在一定条件下所引起的不可避免的误差，例如仪器本身的误差、环境因素的影响等。
系统误差是可以准确量测的，但不能除去。
随机误差指的是对同一量的多次测定，所得结果之间的差异。
随机误差是由测量方法、人为因素、环境因素等引起的，并且无法准确量测。
但是，可以通过多次实验来减小随机误差。
二、误差的处理对于系统误差，需要在实验开始前进行检测和校正，减小系统误差的影响。
而对于随机误差，则需要通过数据处理来减小误差的影响。
1. 多次实验法多次实验法是减小随机误差的有效方法。
通过多次实验，可以得到多组数据，然后求出平均值，平均值时随机误差的影响逐渐减小，所以平均值相对准确。
2. 标准差在多次实验得到数据的基础上，要求出这些数据的平均值和标准差。
标准差可以反映测量数据的离散程度。
标准差越小，数据就越稳定。
标准差表示如下：$s=\sqrt{\dfrac{\sum\limits_{i=1}^N(x_i-\bar{x})^2}{N-1}}$其中，$s$表示标准差，$x_i$表示第$i$次测量的数值，$\bar{x}$表示测定数值的平均值，$N$为多次测量得到的数据总数。
3. 实验误差实验误差是由于实验方法的局限性和人的主观因素而产生的误差。
正确处理实验误差，需要选择合理的实验方法并进行多次实验，及时发现和排除主观因素的影响。
4. 其他误差处理方法除了上述方法外，还有其他误差处理方法，例如引入放大器或稳压器等仪器来减少系统误差的影响。
在进行测量时，也可以采用先进的传感器和自动控制系统，来减少实验误差的影响。
三、数据处理数据处理是对实验数据进行整理和分析，以达到正确的实验结果。
常见的数据处理方法包括：1. 直线拟合法直线拟合法是利用最小二乘法，将测得的离散数据拟合成一条直线，从而得到数据的规律性。
数据处理及误差分析
数据处理及误差分析1.实验操作仪器的使用要严格按照操作规程进行，对于实验操作步骤，通过预习应心中有数。
实验过程中要仔细观察实验现象，严格控制实验条件发现异常现象应仔细查明原因，或请教指导教师帮助分析处理。
2.数据处理物理化学实验数据的表示法主要有如下三种方法:列表法、作图法和数学方程式法。
(1)列表法将实验数据列成表格，排列整齐，使人一目了然。
这是数据处理中最简单的方法，列表时应注意以下几点：a.表格要有名称。
b.每行(或列)的开头一栏都要列出物理量的名称和单位，并把二者表示为相除的形式。
因为物理量的符号本身是带有单位的，除以它的单位，即等于表中的纯数字。
c.数字要排列整齐，小数点要对齐，公共的乘方因子应写在开头一栏与物理量符号相乘的形式，并为异号。
d.表格中表达的数据顺序为：由左到右，由自变量到因变量，可以将原始数据和处理结果列在同一表中，但应以一-组数据为例，在表格下面列出算式，写出计算过程。
表示例:液休饱和蒸气压测定数据表(2)作图法作图法可更形象地表达出数据的特点，如极大值、极小值、拐点等，并可进一步用图解求积分、微分、外推、内插值。
作图应注意如下几点：a.图要有图名。
例如“InP-1/T图I"，“V—t图”等。
b.要用市售的正规直角坐标纸。
c.在直角坐标中，一般以横轴代表自变量，纵轴代表因变量，坐标在轴旁须注明变量的名称和单位。
d.适当选择坐标比例，以表达出全部有效数字为准，即最小的毫米格内表示有效数字的最后一位。
如果作直线，应正确选择比例，使直线呈45。
倾斜为好。
e.坐标原点不一定选在零，应使所作直线与曲线匀称地分布于图面中。
在两条坐标轴上每隔ICm或2cm均匀地标上所代表的数值，而图中所描各点的具体坐标值不必标出。
f.描点时，应用细铅笔将所描的点准确而清晰地标在其位置上，可用O,Δ,口，X等符号表示，同一图中表示不同曲线时，要用不同的符号描点，以示区别。
g.作曲线时，应尽量多地通过所描的点，但不要强行通过每一个点。
实验数据误差分析和数据处理
实验数据误差分析和数据处理数据误差分析是首要的步骤，它通常包括以下几个方面：1.随机误差：随机误差是指在重复实验的过程中，由于个体差异等原因引起的测量结果的离散性。
随机误差是不可避免的，并且符合一定的统计规律。
通过进行多次重复测量，并计算平均值和标准差等统计指标，可以评估随机误差的大小。
2.系统误差：系统误差是由于仪器、测量方法或实验条件所引起的，使得测量结果与真实值的偏离。
系统误差可能是由于仪器刻度的不准确、环境温度的变化等原因导致的。
通过合理校准仪器、控制环境条件等方式可以减小系统误差。
在数据误差分析的基础上，进行数据处理是必不可少的步骤。
数据处理的目的是通过对实验结果的合理处理，得到更为准确的结论。
1.统计处理：统计方法是最常用的数据处理方法之一、通过使用统计学中的概率分布、假设检验、方差分析等方法，可以对实验数据进行科学、客观的分析和处理。
2.回归分析：回归分析是一种通过建立数学模型来研究变量之间关系的方法。
通过对实验数据进行回归分析，可以确定变量之间的数学关系，并预测未知数据。
3.误差传递与不确定度评定：在实验中，不同参数之间的误差如何相互影响，以及这些误差如何传递到最终结果中，是一个重要的问题。
通过不确定度评定方法，可以定量评估各个参数的不确定度，并估计最终结果的不确定度。
4.数据可视化和图表展示：通过绘制合适的图表，可以更直观地展示实验数据的分布规律、趋势以及变化情况。
例如，折线图、散点图、柱状图等可以有效地展示数据的分布和相关关系。
综上所述，实验数据误差分析和数据处理是进行科学研究的重要环节。
准确评估和处理数据误差可以提高实验结果的可靠性和准确性，为研究结果的正确性提供基础。
通过合理选择和应用适当的数据处理方法，可以从实验数据中得出有意义的结论，并为进一步研究提供指导。
误差分析和数据处理
误差分析、数据处理和物理实验不同，电子电路基础实验通常采用的是单次测量，对误差处理要求相对较低。
１.误差绝对误差设被测量量的真值为Ａo，测量仪器的示值为X，则绝对值为△X＝X－Ａo在某一时间及空间条件下，被测量量的真值虽然是客观存在的，但一般无法测得，只能尽量逼近它。
故常用高一级标准测量仪器的测量值Ａ代替真值Ａo，则△X＝X－Ａ相对误差是用绝对误差△X与被测量的实际值A的比值的百分数来表示的相对误差。
在电子电路一般的实验中，由于已经可以利用已有的公式计算，所以一般直接用理论值代替真值A，然后进行误差计算。
２.测量数据处理1.测量结果的数据处理（1）有效数字由于存在误差，所以测量资料总是近似值，它通常由可靠数字和欠准数字两部分组成。
例如，由电流表测得电流为12.6mA，这是个近似数，12是可靠数字，而末位6为欠准数字，即12.6为三位有效数字。
有效数字对测量结果的科学表述极为重要。
对有效数字的正确表示，应注意以下几点：①与计量单位有关的"0"不是有效数字，例如，0.054A与54mA这两种写法均为两位有效数字。
②小数点后面的"0"不能随意省略，例如，18mA与18.00mA是有区别的，前者为两位有效数字，后者则是四位有效数字。
③对后面带"0"的大数目数字，不同写法其有效数字位数是不同的，例如，3000如写成30×10 2，则成为两位有效数字；若写成3×103，则成为一位有效数字；如写成3000±1，就是四位有效数字。
④如已知误差，则有效数字的位数应与误差所在位相一致，即：有效数字的最后一位数应与误差所在位对齐。
如；仪表误差为±0.02V，测得数为3.2832V，其结果应写作3.28V。
因为小数点后面第二位"8"所在位已经产生了误差，所以从小数点后面第三位开始后面的"32"已经没有意义了，写结果时应舍去。
误差分析与数据处理
误差分析与数据处理物理化学实验是研究物质的物理性质以及这些物理性质与其化学反应间关系的一门实验科学。
在实验研究工作中，一方面要拟定实验的方案，选择一定精度的仪器和适当的方法进行测量；另一方面必须将所测得的数据加以整理归纳，科学地分析并寻求被研究变量间的规律。
但由于仪器和感觉器官的限制，实验测得的数据只能达到一定程度的准确性。
因此，在着手实验之前要了解测量所能达到的准确度以及在实验以后合理地进行数据处理，都必须具有正确的误差概念，在此基础上通过误差分析，选用最合适的仪器量程，寻找适当的实验方法，得出测量的有利条件。
下面首先简要介绍有关误差等几个基本概念。
一、一、基本概念1．误差。
在任何一种测量中，无论所用仪器多么精密，方法多么完善，实验者多么细心，所得结果常常不能完全一致而会有一定的误差或偏差。
严格地说，误差是指观测值与真值之差，偏差是指观测值与平均值之差。
但习惯上常将两者混用而不加区别。
根据误差的种类、性质以及产生的原因，可将误差分为系统误差、偶然误差和过失误差三种。
系统误差：这种误差是由于某种特殊原因所造成的恒定偏差，或者偏大或者偏小，其数值总可设法加以确定，因而一般说来，它们对测量结果的影响可用改正量来校正。
系统误差起因很多，例如：(1)仪器误差。
这是由于仪器构造不够完善，示数部分的刻度划分得不够准确所引起，如天平零点的移动，气压表的真空度不高，温度计、移液管、滴定管的刻度不够准确等。
(2)测量方法本身的限制。
如根据理想气体方程式测量某蒸汽的相对分子质量时，由于实际气体对理想气体有偏差，不用外推法求得的相对分子质量总较实际的相对分子质量为大。
(3)个人习惯性误差。
这是由于观测者有自己的习惯和特点所引起，如记录某一信号的时间总是滞后、有人对颜色的感觉不灵敏、滴定等当点总是偏高等。
系统误差决定测量结果的准确度。
它恒偏于一方，偏正或偏负，测量次数的增加并不能使之消除。
通常是用几种不同的实验技术或用不同的实验方法或改变实验条件、调换仪器等以确定有无系统误差存在，并确定其性质，设法消除或使之减少，以提高准确度。
误差分析与数据处理
产生原因－人操作上的粗心大意，外界的强大干扰。
消除方法－当发现粗大误差时，应予以剔除。 结论：在进行误差分析时，粗差剔除，系统误差和随机误 差要用适当的方法进行处理和估算。
课堂提问：
1.请举出生话中的系统误差、随机误差、粗大误差的 实例。 2.第1章讲过一些仪表性能指标，其中就涉及哪个误 差概念？
系统误差： 与真值之差。 随机误差：某一测量值与 的差值。 2.对称性:xi大致地分布于 两侧。 剩余误差（残差）Vi＝ xi － 残差基本互相抵消。残差总和：
3.有界性：在一定的条件下， xi有一定的分布范围，超过这个范围的可能性很 小，一般作为粗大误差处理。
当n→∞时，测量列xi的算术平均值 可认为是测量值的最可信值，但无 法表达出测量值的误差范围和精度高低。一般用下式表示存在随机误差时的 测量结果：
解： 1.按照测量读数的顺序列成表格。 2.计算测量列xi的算术平均值： ＝（633.97/16）＝39.623 mm。 3.算出每个测量读数的残差Vi ，填写在xi的右边。并验证了 。 4.在每个残差旁算出 和 必须的中间过程值 ， 然后求出 ＝2.140mm2 5.计算出方均根误差 ＝0.378mm
2.2.1随机误差的统计特性
单次测量具有随机性，但多次测量其总体误差具有规律性特征。 测量列：保持测量条件不变，对同一测量对象进行多次重复测量得到一系列包含 随机误差的读数x1、x2、…，xn。 统计直方图：以测得的数据为横坐标，出现的次数为纵坐标。 正态分布曲线（随机误差的概率密度，高斯误差）：当测量次数n→∞ 时，则无 限多的直方图的顶点中线的连线就形成一条光滑的连续曲线。有如下规律： 1.集中性：大量的测量值集中分布于算术平均值 附近。
2.随机误差－在同一条件下，多次测量同一被测量，有时 会发现测量值时大时小，机误差。随机误差反映了测 量值离散性的大小。 产生原因（随机效应）－随机误差是测量过程中许多独立 的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。 消除方法－单个测量值误差是随机的，难以消除或修正； 但误差的整体服从正态分布统计规律，因此可以增加测量 次数，并对测量结果进行数据统计处理。 3.粗大误差－明显偏离真值的误差称为粗大误差（过失误 差）。
大学物理实验报告数据处理及误差分析
等精度测量的误差分析和数据处理比较容易，下面所介绍的误差和数据处理知识都是针对等精度测量的。
按照测量值获得方法的不同，测量分为直接测量和间接测量两种。
直接从仪器或量具上读出待测量的大小，称为直接测量。例如，用米尺测物体的长度，用秒表测时间间隔，用天平测物体的质量等都是直接测量，相应的被测物理量称为直接测量量。
如果待测量的量值是由若干个直接测量量经过一定的函数运算后才获得的，则称为间接测量。例如，先直接测出铁圆柱体的质量m、直径D和高度h，再根据公式??4m计算出铁的的密度2?Dh
3实验报告
实验报告是实验工作的总结。要用简明的形式将实验报告完整而又准确地表达出来。实验报告要求文字通顺，字迹端正，图表规矩，结果正确，讨论认真。应养成实验完后尽早写出实验报告的习惯，因为这样做可以收到事半功倍的效果。
完整的实验报告应包括下述几部分内容：数据表格在实验报告纸上设计好合理的表格，将原始数据整理后填入表格之中（有老师签名的原始数据记录纸要附在本次报告一起交）。数据处理根据测量数据，可采用列表和作图法（用坐标纸），对所得的数据进行分析。按照实验要求计算待测的量值、绝对误差及相对误差。书写在报告上的计算过程应是：公式→代入数据→结果，中间计算可以不写，绝对不能写成：公式→结果，或只写结果。而对误差的计算应是：先列出各单项误差,按如下步骤书写，公式→代入数据→用百分数书写的结果。结果表达按下面格式写出最后结果：
仪器因素由于仪器本身的固有缺陷或没有按规定条件调整到位而引起误差。例如，仪器标尺的刻度不准确，零点没有调准，等臂天平的臂长不等，砝码不准，测量显微镜精密螺杆存在回程差，或仪器没有放水平，偏心、定向不准等。
计量基础知识(数据处理及误差分析)
一、测量
测量就是借助一定的仪器或量具，通过一 定的实验方法来实现标准量与待测量的比较。
1.直接测量
被测量与标准量相比较而得出测量结果
2.间接测量
利用被测量之间的函数关系，通过计算而得出测量结果
例：
测量铜柱的密度时，我们可以用米尺量出它的高h 和直径d， 算出体积
V
d 2 h
处理方法：
①取多次测量的平均值为测量结果的最佳估计值
②研究其分布，找出其特征值，归入A类不确定度
三、对误差大小的评价
实验中常用精密度、准确度和精确度来评价实验结果中误差的大小。这 三个概念的涵义不同，应加以区别。 1.精密度： 表示测量结果中偶然误差大小的程度。精密度高是指在多次 测量中，数据的离散性小，偶然误差小。 2.准确度： 表示测量结果中系统误差大小的程度。准确度高表示多次测 量数据的平均值偏离真值的程度小，系统误差小。
2.不确定度的估计方法： 依据国内外规范，在物理实验中采用以下的不确定度简 化评定方法： 总不确定度Δ 从评定方法上分为两类分类： A类分量Δ A-----多次重复测量时用统计学方法估算的分量； B类分量Δ B-----用其他方法（非统计学方法）评定的分量；
不确定度用它的两个分量采用“方和根”的方法合成
x , y , z ,
x , y , z ,
间接测量量的测量值为
F ( x , y , z...)
间接测量量的不确定度为
F F F 2 2 2 y z x x z y
二、测量不确定度：
定义：表征合理地赋予被测量之值地分散性，与测量结果相联系地参数。 1、此参数可以是诸如标准差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度。 2、测量不确定度由多个分量组成。其中一些分量可用测量列结果的统计分布 估算，并用实验标准差表征。另一些分量则可用基于经验或其他信息的假 定概率分布估算，也可用标准偏差表征。 3、测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，而所有的不确定度分量均贡献 给了分散性，包括那些由系统效应引起的（如，与修正值和参考测量标准 有关的）分量。
工程测量中的数据处理与误差分析
工程测量中的数据处理与误差分析工程测量是工程领域中非常重要的一项工作，它涉及到测量数据的采集、处理和分析。
在测量过程中，获取准确的数据，进行合理的数据处理，并对可能出现的误差进行分析，对于工程的设计、施工和质量控制都具有重要意义。
本文将就工程测量中的数据处理与误差分析进行详细讨论。
一、数据处理方法在工程测量中，数据处理通常包括数据采集、数据预处理和数据后处理三个环节。
数据采集是通过测量仪器对被测对象进行测量，得到一系列测量数据。
数据采集的准确性直接影响到后续数据处理的可靠性。
在数据采集之后，需要对原始数据进行预处理。
预处理的目的是对原始数据进行加工和清理，消除或减小数据中的噪音和随机误差。
常用的预处理方法包括滤波、平滑和插值等。
滤波是在信号处理中常用的方法，可以通过去除高频部分来减小数据的噪音干扰。
平滑技术可以用来减少数据的波动，使得数据更加平稳。
插值则是通过已知数据点来推测未知数据点的值，从而填补数据中的空缺部分。
数据预处理完成后，需要进行数据后处理。
数据后处理是对预处理后的数据进行分析、计算和评估，最终得到所需的测量结果。
常用的数据后处理方法有统计分析、回归分析和误差分析等。
统计分析可以从整体上对数据进行描述性分析，包括均值、标准差、方差和偏度等。
回归分析可以通过已知数据点来建立数学模型，并拟合出未知数据点的值，用于预测和估计。
误差分析是对数据误差进行量化和评估，通过计算误差的大小和分布来评估测量结果的可靠性。
二、误差分析方法误差是工程测量中不可避免的问题，它来源于多方面的因素，包括仪器精度、环境条件、人为因素等。
误差的存在会影响到测量结果的准确性和可靠性，因此对误差进行分析和控制是工程测量的关键。
常用的误差分析方法包括误差源分析、误差传递分析和误差评定分析。
误差源分析是对误差产生的原因进行分析和归纳。
误差可以分为系统误差和随机误差两类。
系统误差是由于系统的固有特性而产生的误差，主要影响测量结果的准确性和偏差。
数据处理与误差分析报告
数据处理与误差分析报告1. 简介数据处理是科学研究和实验中不可或缺的一部分。
在进行实验和收集数据后，常常需要对数据进行处理和分析，从而揭示数据背后的规律和意义。
本报告将对数据处理的方法进行介绍，并分析误差来源和处理。
2. 数据处理方法2.1 数据清洗数据清洗是数据处理的第一步，用于去除无效数据、异常数据和重复数据。
通过筛选和校对，确保数据的准确性和一致性。
2.2 数据转换数据转换是将数据转化为适合分析的形式，通常包括数据的格式转换、单位转换和数据归一化等。
这样可以方便进行后续的分析和比较。
2.3 数据归约数据归约是对数据进行压缩和简化，以便于聚类、分类和预测分析。
常见的数据归约方法包括维度约简和特征选择等。
2.4 数据统计数据统计是对数据进行整体分析和总结，通常采用统计学的方法，包括均值、方差、标准差、相关系数等。
通过统计分析，可以从整体上了解和描述数据的特征和分布情况。
3. 误差来源和分析3.1 观测误差观测误差是由于测量和观测过程中的不确定性引起的误差。
观测误差可以分为系统误差和随机误差两种类型。
系统误差是由于仪器偏差、人为因素等引起的，通常具有一定的规律性；随机误差是由于种种不可预测的因素引起的，通常呈现为无规律的波动。
3.2 数据采集误差数据采集误差包括采样误差和非采样误差。
采样误差是由于采样过程中的抽样方法和样本大小等因素引起的误差；非采样误差是由于调查对象的选择、问卷设计的不合理等因素引起的误差。
采取合理的抽样策略和数据校正方法，可以减小这些误差。
3.3 数据处理误差数据处理误差是由于处理方法和算法的选择、参数设置的不合理等因素引起的误差。
不同的处理方法和算法可能会导致不同的结果，因此需要进行误差分析和对比，选择最合适的方法。
3.4 模型误差如果使用数学模型对数据进行分析和预测，模型误差是不可避免的。
模型误差主要是由于模型的简化、假设条件的不严谨等因素引起的。
通过对模型进行误差分析和验证，可以评估模型的可靠性和精度。
物理实验-误差分析与数据处理
物理实验-误差分析与数据处理误差分析是物理实验中非常重要的一部分，因为任何实验都不能避免误差的产生。
正确的误差分析可以帮助我们更准确地评估实验结果的可靠性。
误差的种类误差有很多种类，可以根据其来源分为系统误差和随机误差。
系统误差是由于仪器或测量方法的固有限制而产生的误差，比如温度、光照度等环境因素，或者是仪器的器差、零位偏移等固有缺陷。
随机误差则是因为测量本身具有的不确定性导致的，例如仪器的读数精度、人为判断的主观因素等。
误差的分析方法在进行误差分析时，需要进行多组实验，并对实验数据进行统计分析。
这样可以得到平均值、标准差等指标，从而判断实验结果的可靠性。
误差分析的方法包括：1.平均值分析法平均值分析法是利用多组数据求算数平均数，再计算出标准差、方差等参数，来分析误差的大小。
2.回归分析法回归分析法是利用统计方法对实验数据进行曲线拟合，从而得出其他数据点的数值，这样可以更准确地估计误差。
3.传递误差法传递误差法是针对复合测量而制定的，它是通过对不同测量值之间的误差进行逐步推导，来计算出最终结果的误差。
数据处理在误差分析的基础上，还需要进行数据处理。
数据处理是根据实验目的，对实验数据进行合理的处理和分析，从而得出合适的结论。
数据处理的步骤包括：1.数据整理将实验数据按照时间、位置、量程等标准进行整理归纳，使其能够清晰地反映实验情况。
2.数据统计对实验数据进行统计运算，并计算出平均值、标准差、方差等指标。
3.数据分析根据实验目的和统计结果，对实验数据进行分析和解释，从而得出更准确和科学的结论。
总结。
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实验报告要求：
1.实验名称 2.实验目的 3.仪器用具 4.实验原理 5.实验步骤 6.数据记录表格 7.数据处理及误差分析 8.思考题
四、成绩评定原则
物理实验成绩根据平时成绩和期末考试成绩 综合评定，各占40％和60％。平时成绩考察 学生预习报告、实验操作和实验报告三方面
期末考试一般采用开卷形式
测量误差与数据处理
第一节 测量与误差
一、测量
测量就是借助一定的仪器或量具，通过一定
的实验方法来实现标准量与待测量的比较。
1.直接测量
用米尺测量桌子的长度
2.间接测量
测物体的运动速率
二、误差
测量值与真实值之差称为误差, 即 误差＝ 测量值－真实值 真实值无
法知晓？
ΔN N N0 测量误差又称绝对误差。 把绝对误差与真实值之比叫相对误差，即
4. 残差（偏差）
把测量值与平均值之差称为偏差，表示为 xi xi xi x i 1,2 n
如果进行了n次测量，这样的残差就有n个。
显然，不能用残差来表示随机误差的大小。
5.标准偏差
把n个残差求平方和，除以n-1再开方，就叫做测量列的标准 偏差，即
2
sx
xi x n 1
此式称为贝赛尔(bessel) 公式。它表示的意义是：如果多次
例如：（1）螺旋测微器的零点读数 （误差恒定）
（2）比热测量的热量散失 （可预知其变化）
二、来源及消除
系统误差误差主要来自仪器自身的缺陷、实 验原理或者实验方法的不完善、周围环境对 测量的影响以及观测者不良的测量习惯等方 面。
可根据来源采取相应的手段消除或减少系统 误差
三、系统误差大小的估算
在大学物理实验中，一般采用仪器的误差来 表示系统误差的大小
5.实验步骤 6.数据记录表格
表格画在实验手册上
预习报告必须写在统一印制的报告纸上。每次实验上课前， 由学习委员统一收齐预习报告，交给老师检查。 根据学校规定：不写预习报告的同学不允许做实验。
操作的要求：
不得迟到（规定：迟到10分钟不允许做实 验）； 不得违反操作规程； 不得抄袭他人数据。 原始数据记在实验手册上，实验完毕应将数 据给老师检查签字，然后整理仪器，方可离 开。
仪器误差的大小由仪器生产厂家或实验室给出 特别强调的是：如果说明书或仪器上没有标注, 可用最小刻度的一半作为仪器误差。
第三节 随机误差
一、定义
随机误差：是在同一条件下多次测量同一物理 量，每次出现的误差或大或小、时正时负，按 不可预知方式变化着的误差分量，但就总体来 说服从一定的统计规律
二、来源
D
2仪
S
2 D
0.003cm
D D D (4.685 0.003)cm
3.单次测量结果的表示
x x测量 仪
二、间接测量结果的表示
设间接测量的函数表达式（测量式）为：
F(x, y, z )
是间接测量量（待测量）
x, y, z 分别是若干个直接测量量，它们都是互相
独立的量，其平均值分别为 x, y, z,S2 x Nhomakorabea2仪
例题1. 一同学用游标卡尺测量某工件的外径，测量结果如下：
仪 0.02mm
次数i 1
2
3
4
5
直径D 4.684 4.686 4.688 4.682 4.484
其测(量cm结) 果如何表示？
【解】：
D Di 4.6848cm n
SD
(Di D )2 0.0023cm n 1
E N 100% N0
三、误差的分类
从研究误差的需要出发，根据误差产生的原因和性 质，误差可分为两类：
1.系统误差
2.随机误差（偶然误差）
也就是说：误差由随机误差和系统误差两个分量组 成
第二节 系统误差
一、定义
系统误差：是在同一条件下多次测量同一物 理量，误差的大小和符号保持恒定或以可预 知方式变化的误差分量
多种因素的微小扰动。
如：环境的温度、气压、电场、磁场的微小扰动； 读数对准标志的不一致；估读数的不一致；被测对 象本身的微小起伏变化
三、随机误差大小的估算
1、随机误差的统计规律
（1）有界性 （2）单峰性 （3）对称性 （4）抵偿性
2、平均值
等精度测量：是指测量条件完全相同的多次测量。相同的 条件是指相同的观测者、相同的仪器、相同的测量环境等 等。
绪论
一、地位和作用
物理学是实验的科学，实验物理和理论物理 是构成物理学研究的两大支柱。 大学物理实验是一门独立的必修基础课 。是 同学们进入大学以后受到系统实验方法训练 和实验技能训练的开端。是工科学生进行其 它实验和毕业工作后进行科研活动的基础。
二、课时安排
物理实验总学时数为54学时 ，共18次课，除 本次绪论课外，还包括两次习题课、14个实 验项目和一次总复习课，每次3小节。
它们的总不确定度分别为 x , y , z ,
假设对某一物理量进行了n次等精度测量，其测量值分别为
x1、x2 xi xn ， 则x的算术平均值为
n
xi
x i1 n
3.有限次测量结果
可以证明：当系统误差被消除时，测量值的 平均值最接近真实值，故可用平均值来表示 有限次测量的结果
准则：一个等精度测量列的最佳估计值是能 使各次测量值与该值之差的平方和为最小的 那个值
三、学习程序
第一：课前预习 （完成实验预习报告）
第二：课堂操作 （完成实验数据的测量）
第三：课后总结 （完成实验报告）
预习报告要求：
1.实验名称 2.实验目的 3.仪器用具 4.实验原理
必须在认真阅读实验教材的基础上用自己的语言写出，不能 抄书。必须画出实验原理图（仪器图可以不画），画图时要 用尺子铅笔。
2.总不确定度：
指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的 程 度，是表征被测量的真值所处量值范围的评定。
总不确定度有两个分量：
A分量：多次重复测量用统计方法计算出的分量 A ( S x ) B分量：用其他方法估计出的分量 B ( 仪 )
总不确定度用它的两个分量采用“方和根”的方法合 成
2A 2B
测量服从正态分布，那么，任意测量值的误差落在 sx , sx
内的可能性（概率）约为68.3%。
在大学物理实验中， 5 n 10
6.随机误差的估算方法 随机误差的大小用标准偏差表示
第四节 测量结果的表达
一、直接测量结果的表示和总不确定度
1. 测量结果的完整表示
x x x
这表示被测量的真值在的范围之外的可能性（概率）很小