如何计算不确定性

时间：2020-06-15 12:33 阅读：次

无论何时计算数据，你都可以设想数据范围内有个“真值”。要计算不确定性，你需要找出数据最好的估计值（理想的“真值”），在计算不确定性范围的时候考虑所有的数据。想知道如何计算不确定性？下面可以教你。

方法1基础知识

1用正确形式表示不确定性。

现在你要测量长度接近4.2 cm的木棍，误差范围为1毫米。表示你知道木棍长度接近 4.2 cm，可能真实测量值只是少一点，或者大一点，而这个误差就在1毫米范围内。
用以下方法表示：4.2 cm ± 0.1 cm，可以写成 4.2 cm ± 1 mm ，因为0.1 cm = 1 mm
2总是把实验值的小数点化简到不确定范围值一致。

一般范围值含有一个或两个有效数字。你要让测量值和范围值的有效数字保持一致，这是最重要的。
如果你实验测量值是60cm，则范围值也要简化为整数。比如60 cm ± 2 cm 而不是60 cm ± 2.2 cm
如果你测量值是3.4 cm，则要简化为十分位小数，可以是3.4 cm ± .7 cm ，不能是3.4 cm ± 1 cm
3给一个测量值计算不确定性。

如用尺子量球的直径，因为球面是弯曲的所以不能量得很精确。我们假设最精确可以有0.1cm的误差——这不代表直径是这个范围的。
看看球的边，看看如何精确量出它的直径。标准尺可以测到.5 cm，不过假设你可以测得更精确，比如可以测到 .3 cm 内的误差，那不确定性就是 .3 cm。
现在测量直径。假设得到7.6 cm，只要告知估计值和不确定性，比如直径是 7.6 cm ± .3 cm。
4计算好几个物品的一个测量值的不确定性。

假设有10 个CD盒，边长都相同，假设你想找出一个CD盒的厚度，因为很薄，所以误差率应该会比较大。不过如果你同时测量10个CD盒叠起来的厚度，就直接除以10就可以得到平均厚度了。
假设不确定性不会超过 .2 cm ，因此不确定性就设为 ± .2 cm
假设测量所有的CD盒，厚度合起来是22 cm。
把所有数据除以10（盒数），22 cm/10 = 2.2 cm ，2 cm/10 = .02 cm 。表示一个CD盒的厚度是2.20 cm ± .02 cm。
5多次取样测量。

要增加数据真实性，无论测量长度还是通过一定距离的时间，如果多取几个数据，会增加数据说服力。找多个测量值的平均，可以让你计算不确定性的时候让数据更精确。

方法2计算多个测量值的不确定性

1多取样测量。

假设要计算一个球从桌子高度掉落到地板需要多长时间，要测量有说服力的数据，你需要至少测好几次时间，比如五次。然后求平均，再加、减不确定范围，得到最佳数据。
假设你测量得到了 0.43 s 、0.52 s、 0.35 s 、0.29 s、 0.49 s。
2得出平均值。

把所有五个数加起来除以5。 0.43 s + 0.52 s + 0.35 s + 0.29 s + 0.49 s = 2.08 s ， 2.08 除以 5： 2.08/5 = 0.42 s ，平均时间为 0.42 s
3求得方差。

你先要找出每个数据和0.42 s这个平均值的差。相减即可得出，如下：
0.43 s - .42 s = 0.01 s
- 0.52 s - 0.42 s = 0.1 s
- 0.35 s - 0.42 s = -0.07 s
- 0.29 s - 0.42 s = -0.13 s
- 0.49 s - 0.42 s = 0.07 s
- 加起来所有的平方值：(0.01 s) + (0.1 s) + (-0.07 s) + (-0.13 s) + (0.07 s) = 0.037 s
- 把上述答案除以5，得到平均值。 0.037 s/5 = 0.0074 s
4找出标准差。

标准差即方差的平方根。 0.0074 s 的平方根= 0.09 s，因此标准差是 0.09 s
5表示最终答案。

直接告知标准差和加减误差范围（标准差）。因为平均测量值是.42 s ，标准差.09 s ，最终测量理想值是 .42 s ± .09 s