物理,化学经济学实验3-3-有限测定数据的统计处理ppt课件

1、 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-1 百分之百的把握将百分之百的把握将包含在内，只能以包含在内，只能以一定的概率进行判断。一定的概率进行判断。 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-2 （一）（一） 已知总体标准偏差已知总体标准偏差时时 对于经常进行测定的某种试样，由于已经积累对于经常进行测定的某种试样，由于已经积累了大量的测定数据，可以认为了大量的测定数据，可以认为是已知的。根据是已知的。根据3-14式并考虑式并考虑u的符号可得：的符号可得： （3-14a） 由随机误差的区间概率可知，测定值出现的概由随机误差的区间概率可知，测定值出现的概率由率由u决定。例如，当决定。例

2、如，当u=1.96时。时。x在在-1.96至至+1.96区间出现的概率为区间出现的概率为0.95。如果希望用单次测。如果希望用单次测定值定值x来估计来估计可能存在的范围，则可以认为区间可能存在的范围，则可以认为区间x1.96能以能以0.95的概率将真值包含在内。即有的概率将真值包含在内。即有 （3-14b） uxux 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-3 由于平均值较单次测定值的精密度更高，因此由于平均值较单次测定值的精密度更高，因此常用样本平均值来估计真值所在的范围。此时有常用样本平均值来估计真值所在的范围。此时有 式式3-14b和式和式3-17分别表示在一定的分别表示在一定的置

3、信度时，以单次测定值置信度时，以单次测定值x或以平均值为中心的包或以平均值为中心的包含真值的取值范围，即含真值的取值范围，即的置信区间。在置信区间的置信区间。在置信区间内包含内包含的概率称为置信度，它表明了人们对所作的概率称为置信度，它表明了人们对所作的判断有把握的程度，用的判断有把握的程度，用P表示。表示。u值可由表值可由表3-1中中查到，它与一定的置信度相对应。查到，它与一定的置信度相对应。 (3-17)nuxuxx 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-4 在对真值进行区间估计时，置信度的高低要定在对真值进行区间估计时，置信度的高低要定得恰当。一般以得恰当。一般以95%或或90%

4、的把握即可。的把握即可。 式式3-14b和式和式3-17还可以看出置信区间还可以看出置信区间的大小取决于测定的精密度和对置信度的选择，对的大小取决于测定的精密度和对置信度的选择，对于平均值来说还与测定的次数有关。当于平均值来说还与测定的次数有关。当一定时，一定时，置信度定得愈大，置信度定得愈大， u 值愈大，过大的置信区间值愈大，过大的置信区间将使其失去实用意义。若将置信度固定，当测定的将使其失去实用意义。若将置信度固定，当测定的精密度越高和测定次数越多时，置信区间越小，表精密度越高和测定次数越多时，置信区间越小，表明明x或或 越接近真值，即测定的准确度越高。越接近真值，即测定的准确度越高。例

5、题例题1： x 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-5 注意：是确定且客观存在的，它没有随机性。而区间xu或 是具有随机性的，即它们均与一定的置信度相联系。因此我们只能说置信区间包含真值的概率是0.95，而不能认为真值落在上述区间的概率是0.95。 （二已知样本标准偏差S时 在实际工作中，通过有限次的测定是无法得知和的，只能求出 和S。而且当测定次数较少时，测定值或随机误差也不呈正态分布，这就给少量测定数据的统计处理带来了困难。此时若用S代替从而对作出估计必然会引起偏离，而且测定次数越少，偏离就越大。如果采用另一新统计量tP,f取代u(仅与P有关)，上述偏离即可得到修正。 x x x

6、xxux 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-5 sxtfP, 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-7 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-8 与正态分布曲线一样，t分布曲线下面某区间的面积也表示随机误差在此区间的概率。但t值与标准正态分布中的u值不同，它不仅与概率还与测定次数有关。不同置信度和自由度所对应的t值见表3-2中。 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-9 3.71 4.32 7 1.90 2.36 3.50 4.03 8 1.86 2.31 3.35 3.83 9 1.83 2.26 3.25 3.69 10 1.81 2.23 3.17 3

7、.58 20 1.72 2.09 2.84 3.15 30 1.70 2.04 2.75 (3.01) 60 1.67 2.00 2.66 (2.87) 120 1.66 1.98 2.62 2.81 1.64 1.96 2.58 2.81 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-10 由表由表3-2中的数据可知，随着自由度的增加，中的数据可知，随着自由度的增加，t值逐渐减小并与值逐渐减小并与u值接近。当值接近。当f=20时，时，t与与u已经比已经比较接近。当较接近。当f时，时，tu，S。在引用。在引用t值时，值时，一般取一般取0.95置信度。置信度。 根据样本的单次测定值根据样本的单次

8、测定值x或平均值分别表示或平均值分别表示的置信区间时，根据的置信区间时，根据t分布则可以得出以下的关系：分布则可以得出以下的关系： （3-18a）或或 （3-19） stxfP,nstxstxfPxfP, 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-11 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-12 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-13 求出可疑值与其最邻近值之差求出可疑值与其最邻近值之差xn-xn-1或或x2-x1，然后用它除以极差然后用它除以极差xn-x1，计算出统计量，计算出统计量Q： 或或 （3-20） Q值越大，说明离群越远，远至一定程度时则应将值越大，说明离群

9、越远，远至一定程度时则应将其舍去。故其舍去。故Q称为舍弃商。称为舍弃商。 根据测定次数根据测定次数n和所要求的置信度和所要求的置信度P查查QP,n值表值表3-3。若。若QQP,n，则以一定的置信度弃去可疑值，则以一定的置信度弃去可疑值，反之则保留，分析化学中通常取反之则保留，分析化学中通常取0.90的置信度。的置信度。 11xxxxQnnn112xxxxQn 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-14 表表3-3 QP,n值表值表 nP 3 4 5 6 7 8 9 10 Q0.9 0.94 0.76 0.64 0.56 0.51 0.47 0.44 0.41Q0.95 0.97 0.8

10、4 0.73 0.64 0.59 0.54 0.51 0.49 如果测定数据较少，测定的精密度也不高，因如果测定数据较少，测定的精密度也不高，因Q与与QP,n值接近而对可疑值的取舍难以判断时，最值接近而对可疑值的取舍难以判断时，最好补测好补测1-2次再进行检验就更有把握。次再进行检验就更有把握。 如果没有条件再做测定，则宜用中位数代替平如果没有条件再做测定，则宜用中位数代替平均值报告结果。因是否取舍可疑值对平均值的影响均值报告结果。因是否取舍可疑值对平均值的影响较大，对中位值的影响较小。较大，对中位值的影响较小。 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-14 （二格鲁布斯法（二格鲁布斯法

11、 将测定值由小至大按顺序排列，其中可将测定值由小至大按顺序排列，其中可疑值为疑值为x1或或xn。先计算该组数据的平均值和。先计算该组数据的平均值和标准偏差，再计算统计量标准偏差，再计算统计量G。 若若x1可疑，可疑， （3-21） 若若xn可疑，可疑， （3-21a） sxxG1sxxGn 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-16 根据事先确定的置信度和测定次数查表根据事先确定的置信度和测定次数查表3-4。若。若GGP,n，说明可疑值对相对平均值，说明可疑值对相对平均值的偏离较大，则以一定的置信度弃去可疑值的偏离较大，则以一定的置信度弃去可疑值，反之则保留。，反之则保留。 在运用格鲁

12、布斯法判断可疑值的取舍时在运用格鲁布斯法判断可疑值的取舍时，由于引入了，由于引入了t分布中最基本的两个参数己分布中最基本的两个参数己 和和s，故该方法的准确度较，故该方法的准确度较Q法高，因此得到法高，因此得到普遍采用。普遍采用。 x 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-17 表表3-4 GP,n值表值表测定次数测定次数 置信度置信度P） 测定次数测定次数 置信度置信度P） n 95 99n 95 99 3 1.15 1.15 12 2.29 2.55 4 1.46 1.49 13 2.33 2.61 5 1.67 1.75 14 2.37 2.66 6 1.82 1.94 15 2

13、.41 2.71 7 1.94 2.10 16 2.44 2.75 8 2.03 2.22 17 2.47 2.79 9 2.11 2.32 18 2.50 2.82 10 2.18 2.41 19 2.53 2.85 11 2.23 2.48 20 2.56 2.88 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-18 t检验法用来检验样本平均值或两检验法用来检验样本平均值或两组数据的平均值之间是否存在显著性差组数据的平均值之间是否存在显著性差异，从而对分析方法的准确度作出评价。异，从而对分析方法的准确度作出评价。 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-19 当检验一种分析方法的准确

14、度时，采用该方法当检验一种分析方法的准确度时，采用该方法对某标准试样进行数次测定，再将样本平均值与标对某标准试样进行数次测定，再将样本平均值与标准值准值T进行比较。则置信区间的定义可知，经过进行比较。则置信区间的定义可知，经过n次次测定后，如果以平均值为中心的某区间已经按指定测定后，如果以平均值为中心的某区间已经按指定的置信度将真值的置信度将真值T包含在内，那么它们之间就不存包含在内，那么它们之间就不存在显著性差异，根据在显著性差异，根据t分布，这种差异是仅由随机分布，这种差异是仅由随机误差引起的。误差引起的。t可由下式计算：可由下式计算： (3-22a) 若若ttP,f，说明与，说明与T之差

15、已超出随机误差的界限，之差已超出随机误差的界限，就可以按照相应的置信度判断它们之间存在显著性就可以按照相应的置信度判断它们之间存在显著性差异。差异。xsTxt 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-20 进行显著性检验时，如置信度定得过低，则容进行显著性检验时，如置信度定得过低，则容易将随机误差引起的差异判断为显著性差异，如置易将随机误差引起的差异判断为显著性差异，如置信度定得过高，又可能将系统误差引起的不一致认信度定得过高，又可能将系统误差引起的不一致认同为正常差异，从而得出不合理的结论。在定量分同为正常差异，从而得出不合理的结论。在定量分析中，常采用析中，常采用0.95或或0.90

16、的置信度。的置信度。 (二二) 两组数据平均值之间的比较两组数据平均值之间的比较F检验法和检验法和t检检验法）（自学）验法）（自学） 在显著性检验中，将具有显著性差异的测定值在显著性检验中，将具有显著性差异的测定值在随机误差分布中出现的概率称为显著性水平，用在随机误差分布中出现的概率称为显著性水平，用表示，即这些测定值位于一定置信度所对应的随机表示，即这些测定值位于一定置信度所对应的随机误差界限之外。如置信度误差界限之外。如置信度P=0.95，则显著水平，则显著水平=0.05，即即=1-P。 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-21 例例1、用标准方法平行测定钢样中磷的质量分数、用标

17、准方法平行测定钢样中磷的质量分数4次，其平均值为次，其平均值为0.087%。设系统误差已经消除，且。设系统误差已经消除，且 =0.002%。（。（1计算平均值的标准偏差；（计算平均值的标准偏差；（2求求该钢样中磷含量的置信区间。置信度为该钢样中磷含量的置信区间。置信度为P=0.95。解：（解：（1） （2已知已知P=0.95时，时，u=1.96。根据。根据%001. 04%002. 0nx%002. 0%087. 0%001. 096. 1%087. 0 xux 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-22 例例2、标定、标定HCl溶液的浓度时，先标定溶液的浓度时，先标定3次，结果次，结

18、果为为0.2019mol/L、0.2019mol/L和和0.2009mol/L；后来又；后来又标定标定2次，数据为次，数据为0.2019mol/L和和0.2019mol/L。试分。试分别计算别计算3次和次和5次标定结果计算总体平均值次标定结果计算总体平均值的置信区的置信区间，间，P=0.95。解：标定解：标定3次时，次时， 标定标定5次时，次时，故查表,30. 4,/0004. 0,/2005. 02,95. 0tLmolsLmolx0010. 02005. 030004. 030. 42005. 0,nstxfP故查表,78. 2,/0003. 0,/2005. 04,95. 0tLmolsLmolx0004. 02005. 050003. 078. 22005. 0,nstxfP 第十一讲 第三章 误差和分析数据和得理 11-23 例例3、测定某试样中、测定某试