实验数据的处理

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实验数据处理的基本方法

实验数据处理的基本方法

实验数据处理的基本方法1.数据整理:在开始数据处理之前,首先需要对实验数据进行整理。

这包括检查数据的完整性和准确性,处理可能存在的异常值或离群点,并将数据按照统一的格式进行存储和标记。

2.数据可视化:数据可视化是实验数据处理中常用的方法之一,它可以帮助研究人员更清晰地了解数据的特征和趋势。

通过绘制直方图、散点图、折线图等图表,可以直观地展示数据的分布、相关性和变化趋势。

3.描述统计分析:描述统计分析是对数据进行总结和描述的方法。

常用的统计量包括均值、中位数、标准差、极差等,通过计算这些统计量可以了解数据的集中趋势、离散程度和分布形态。

4.探索性数据分析:探索性数据分析是对数据进行初步探索的方法,旨在发现数据中的模式、异常和潜在关系。

通过对数据的可视化和统计分析,研究人员可以快速了解数据的特点,并提出初步的假设或猜想。

5.参数估计与假设检验:参数估计是根据样本数据来估计总体参数的方法,常见的估计方法包括置信区间估计和最大似然估计。

假设检验则是用来判断样本数据与一些假设之间是否存在显著差异的方法,包括单样本假设检验、两样本假设检验和方差分析等。

6.回归分析:回归分析是用来探究变量之间关系的方法,通过建立数学模型来预测和解释因变量的变化。

线性回归是最常用的回归方法之一,它通过拟合一条直线来描述自变量与因变量之间的关系。

7.方差分析:方差分析是用于比较两个或多个样本均值是否有显著差异的方法。

它通过分析样本之间的差异和样本内部的差异来判断总体均值是否相等,并得出相应的结论。

8.相关分析:相关分析是用于研究两个或多个变量之间关系的方法。

通过计算相关系数来衡量变量之间的相关性,可以帮助研究人员了解变量之间的相互作用和影响。

9.数据模型和预测:基于实验数据建立数据模型并进行预测是数据处理的重要目标之一、通过利用已有数据和统计方法,可以建立合适的模型来预测未来的趋势和变化,为决策提供参考。

10.结果解释与报告:数据处理的最终目标是通过解释和报告结果来传达研究的发现。

实验数据的处理和分析方法

实验数据的处理和分析方法

实验数据的处理和分析方法在科学研究中,实验数据的处理和分析是非常重要的一步。

通过合理的数据处理和分析方法,我们可以从海量数据中提取有用的信息,得出科学结论,并为后续的研究工作提供指导。

本文将介绍一些常用的实验数据处理和分析方法。

一、数据的预处理数据的预处理是数据分析的第一步,主要包括数据清洗、数据采样和数据归一化等过程。

1. 数据清洗数据清洗是指对数据中存在的错误、异常值和缺失值进行处理。

在清洗数据时,我们需要识别和删除不合理或错误的数据,修复异常值,并使用插补方法处理缺失值。

2. 数据采样数据采样是从大量数据集中选择一小部分样本进行分析和处理的过程。

常用的数据采样方法包括随机抽样、等距抽样和分层抽样等。

3. 数据归一化数据归一化是将不同量纲的数据统一到相同的尺度上,以便进行比较和分析。

常用的数据归一化方法包括最小-最大归一化和标准化等。

二、数据的描述和统计分析在对实验数据进行分析之前,我们需要对数据进行描述和统计,以了解数据的分布情况和特征。

1. 描述统计分析描述统计分析是通过一些统计指标对数据的基本特征进行描述,如平均数、中位数、方差和标准差等。

这些统计指标可以帮助我们了解数据的集中趋势、离散程度和分布情况。

2. 统计图表分析统计图表分析是通过绘制直方图、饼图、散点图等图表,可视化地展示数据分布和变化趋势。

通过观察统计图表,我们可以更直观地理解数据之间的关系和规律。

三、数据的相关性和回归分析数据的相关性和回归分析能够帮助我们了解变量之间的关系,在一定程度上预测和解释变量的变化。

1. 相关性分析相关性分析是研究变量之间相关程度的一种方法。

通过计算相关系数,如皮尔逊相关系数和斯皮尔曼等级相关系数,我们可以判断变量之间的线性关系和相关强度。

2. 回归分析回归分析是一种建立变量之间函数关系的方法。

通过回归模型,我们可以根据自变量的变化预测因变量的变化。

常用的回归分析方法包括线性回归、多项式回归和逻辑回归等。

实验数据处理方法与技巧分享

实验数据处理方法与技巧分享

实验数据处理方法与技巧分享1.数据整理数据整理是指将实验所得的数据按照一定的规则进行整理和分类。

在整理数据时,应将数据按照实验的要求进行分类,便于后续的数据分析和处理。

可以使用电子表格软件(如Excel)来整理数据,或者编写自己的数据整理程序。

2.数据清洗数据清洗是指对数据进行过滤、删除或修正,以去除错误和异常值,保证数据的准确性和可靠性。

数据清洗可以采用各种统计方法,如平均值、标准差、中位数等,来检测和处理异常数据。

此外,还可以使用图形分析方法,如散点图、箱线图等,来辅助数据清洗。

3.数据分析数据分析是对实验数据进行统计分析,以得到结论和发现隐藏的规律。

数据分析可以使用各种统计方法,如假设检验、方差分析、回归分析等。

此外,还可以使用图表、图像和图像处理技术,来可视化数据和结果。

4.数据可视化数据可视化是将实验数据以可视化的形式展示,以便更好地理解和分析数据。

数据可视化可以使用各种图表和图像,如柱状图、折线图、散点图、饼图、热力图等。

通过数据可视化,可以直观地展示数据之间的关系和趋势,帮助研究人员更好地理解数据并作进一步的处理和分析。

5.统计分析统计分析是对实验数据进行数学和统计处理,以得到显著性和可信度。

统计分析可以使用各种统计方法,如概率论、假设检验、回归分析、方差分析等。

通过统计分析,可以对实验数据进行推断和判断,并得出相应的结论。

6.结果解释结果解释是对实验数据进行解读和说明,以得出结论和发现。

结果解释应该基于数据的分析和统计,回答研究问题,并给出相应的解释。

在结果解释时,应该避免主观性和片面性,要结合实验的目的和方法,客观地解释和说明数据结果。

总之,实验数据处理涉及到数据整理、数据清洗、数据分析、数据可视化、统计分析和结果解释等多个方面。

对于处理实验数据,应抓住数据的特点和规律,运用相关的方法和技巧,确保数据的准确性和有效性,从而得出正确和可靠的结论。

实验报告数据处理

实验报告数据处理

实验报告数据处理
数据处理是实验报告中的重要环节,它包括数据的整理、分析和展示。

下面是一个简单的实验报告数据处理的步骤:
1. 整理数据:将实验过程中采集的数据整理成合适的格式。

可以使用电子表格软件(如Excel)或统计软件(如SPSS)来整理数据。

2. 数据检查:对数据进行检查,确保数据的准确性和完整性。

检查数据是否有错误、缺失或异常值,并进行必要的修正。

3. 数据描述统计:根据实验目的和研究假设,计算数据的描述统计量,例如平均值、标准差、中位数等。

这些统计量可以帮助我们对数据的基本特征有一个直观的了解。

4. 数据分析方法选择:根据实验设计和研究问题,选择合适的数据分析方法。

常用的数据分析方法包括t检验、方差分析、回归分析等。

5. 数据分析:根据选择的数据分析方法,对数据进行相应的分析。

可以使用统计软件进行计算和分析,然后从结果中得出结论。

6. 结果展示:将数据分析的结果以适当的方式展示出来。

可以使用图表、表格等方式,清晰地呈现数据之间的关系和差异。

7. 结果解释:根据数据分析的结果,对实验的结论进行解释。

解释时要基于数据和分析方法,并提供相应的统计依据。

8. 结果讨论:对实验结果进行讨论,评估实验的有效性和可靠性,探讨可能的原因和影响因素,并提出进一步的研究建议。

以上是实验报告数据处理的一般步骤,具体的步骤和方法可能会根据实验的具体内容和要求而有所不同。

实验数据处理的几种方法

实验数据处理的几种方法
附录Ⅰ教学中常用仪器误差限
(3)描点和连线。根据测量数据,用直尺和笔尖使其函数对应的实验点准确地落在相应的位置。一张图纸上画上几条实验曲线时,每条图线应用不同的标记如“+”、“×”、“·”、“Δ”等符号标出,以免混淆。连线时,要顾及到数据点,使曲线呈光滑曲线(含直线),并使数据点均匀分布在曲线(直线)的两侧,且尽量贴近曲线。个别偏离过大的点要重新审核,属过失误差的应剔去。
6.计算 的结果,其中m=236.124±0.002(g);D=2.345±0.005(cm);H=8.21±0.01(cm)。并且分析m,D,H对σp的合成不确定度的影响。
7.利用单摆测重力加速度g,当摆角很小时有 的关系。式中l为摆长,T为周期,它们的测量结果分别为l=97.69±0.02cm,T=1.9842±0.0002s,求重力加速度及其不确定度。
其截距b为x=0时的y值;若原实验中所绘制的图形并未给出x=0段直线,可将直线用虚线延长交y轴,则可量出截距。如果起点不为零,也可以由式
(1—14)
求出截距,求出斜率和截距的数值代入方程中就可以得到经验公式。
3.曲线改直,曲线方程的建立
在许多情况下,函数关系是非线性的,但可通过适当的坐标变换化成线性关系,在作图法中用直线表示,这种方法叫做曲线改直。作这样的变换不仅是由于直线容易描绘,更重要的是直线的斜率和截距所包含的物理内涵是我们所需要的。例如:
例1.在恒定温度下,一定质量的气体的压强P随容积V而变,画P~V图。为一双曲线型如图1—4—1所示。
用坐标轴1/V置换坐标轴V,则P~1/V图为一直线,如图1—4—2所示。直线的斜率为PV=C,即玻—马定律。
例2:单摆的周期T随摆长L而变,绘出T~L实验曲线为抛物线型如图1—4—3所示。

实验数据的处理与分析方法

实验数据的处理与分析方法

实验数据的处理与分析方法在科学研究中,实验数据的处理与分析方法是十分重要的。

准确、全面地处理和分析实验数据可以帮助我们得出科学结论,验证假设,并为进一步的研究提供基础。

本文将介绍几种常用的实验数据处理和分析方法。

一、数据清洗和筛选在进行数据处理和分析之前,必须进行数据清洗和筛选,以确保数据的可靠性和准确性。

数据清洗包括检查数据的完整性、一致性和准确性,排除异常值和错误数据。

数据筛选则是根据实验要求和研究目的,选择符合条件的数据进行进一步分析。

二、描述性统计分析描述性统计分析是对实验数据进行总体的概括和描述。

常用的描述性统计指标包括均值、中位数、标准差、百分位数等。

这些指标可以帮助我们了解数据的集中趋势、离散程度和分布特征。

三、参数估计和假设检验参数估计和假设检验是用来对总体参数进行估计和判断的方法。

参数估计可以根据样本数据推断总体参数的取值范围,并给出估计值和置信区间。

假设检验则是用来判断总体参数是否满足某个特定假设,常用的假设检验方法有t检验、F检验、卡方检验等。

四、回归分析回归分析是一种用于研究变量之间关系的方法。

它可以通过建立数学模型来描述和预测变量之间的因果关系。

回归分析可以分为线性回归和非线性回归两种。

线性回归适用于变量之间呈现线性关系的情况,而非线性回归则适用于非线性关系的情况。

五、方差分析方差分析是用于比较多个样本之间的差异性的方法。

它可以帮助我们判断不同因素对实验结果的影响程度,并找出显著性差异。

方差分析可以分为单因素方差分析和多因素方差分析两种。

六、因子分析因子分析是一种用于探究变量之间潜在因子结构的方法。

它可以帮助我们理解变量之间的内在联系,并将多个变量综合为几个可解释的因子。

因子分析可以被用于数据降维、变量选择和聚类分析等。

七、时间序列分析时间序列分析是一种用于研究数据随时间变化规律的方法。

它可以揭示数据的趋势性、周期性和季节性,并进行未来数据的预测。

时间序列分析可以分为平稳时间序列和非平稳时间序列两种。

实验数据处理方法统计学方法

实验数据处理方法统计学方法

实验数据处理方法统计学方法实验数据处理方法是指对实验中所获得的数据进行统计和分析的方法。

统计学方法是处理实验数据的基本方法之一,它可以帮助我们从数据中获取有意义的信息,并进行科学的推断和决策。

下面将具体介绍一些常用的实验数据处理方法统计学方法。

1.描述统计分析:描述统计分析是对收集到的实验数据进行总结和描述的方法。

它可以通过计算数据的中心趋势(如平均值、中位数和众数)、离散程度(如标准差、方差和极差)以及数据的分布情况(如频数分布、百分位数等)等来揭示数据的一般特征。

描述统计分析能够为后续的数据处理和推断提供基础。

2.参数统计推断:参数统计推断是根据样本数据对总体特征进行推断的方法。

它基于样本数据对总体参数(如总体均值、总体方差等)进行估计,并使用概率分布等方法进行推断。

参数统计推断涉及到估计(如点估计和区间估计)和假设检验(如t检验、方差分析、卡方分析等)等技术。

通过参数统计推断,可以从样本数据中得出对总体的推断结论,并进行科学的决策。

3.非参数统计推断:非参数统计推断是一种不依赖于总体参数分布形式的方法。

与参数统计推断不同,非参数统计推断通常使用样本自身的顺序、秩次或其他非参数概念进行统计推断。

常见的非参数统计推断方法包括秩次检验(如Wilcoxon秩和检验、Mann-Whitney U检验等)、Kruskal-Wallis检验、Friedman检验和符号检验等。

这些方法在样本数据的分布特征未知或不符合正态分布时具有很高的鲁棒性。

4.方差分析:方差分析是比较多个总体均值差异的统计方法。

在实验数据处理中,方差分析常用于分析影响因素对实验结果的影响程度。

方差分析可以分为单因素方差分析和多因素方差分析两种。

在实验中,通过方差分析可以判断不同因素对实验结果是否存在显著影响,以及不同处理组之间的差异是否具有统计学意义。

5.相关分析:相关分析是研究两个或多个变量之间相互关系的统计方法。

在实验数据处理中,常用的相关分析方法有Pearson相关分析和Spearman秩相关分析。

实验报告 数据处理

实验报告 数据处理

实验报告数据处理实验报告数据处理引言:在科学研究中,数据处理是一个至关重要的环节。

通过对实验数据的处理和分析,我们可以得出准确的结论,并验证我们的假设。

本文将介绍实验报告中常见的数据处理方法,包括数据整理、数据可视化和统计分析。

一、数据整理:数据整理是数据处理的第一步,它包括数据收集、数据清洗和数据整合。

在实验中,我们需要收集各种数据,例如实验结果、观测数据等。

在收集数据之前,我们需要明确数据的类型和格式,并设计合适的数据收集表格或数据库。

数据清洗是指对数据进行筛选、去除异常值和填补缺失值等操作。

在实验中,我们经常会遇到数据异常的情况,例如测量误差、设备故障等。

为了保证数据的准确性和可靠性,我们需要对异常值进行处理,可以选择删除或修正异常值。

此外,如果数据存在缺失值,我们可以使用插值或均值填补等方法进行处理。

数据整合是将多个数据源的数据进行合并和整理,以便进行后续的数据分析。

在实验中,我们可能会使用不同的设备或方法来收集数据,这就需要将这些数据整合在一起,以便进行综合分析。

二、数据可视化:数据可视化是将数据以图表、图像等形式呈现出来,以便更直观地理解数据的分布和趋势。

通过数据可视化,我们可以发现数据之间的关系和规律,并帮助我们更好地理解实验结果。

常见的数据可视化方法包括直方图、散点图、折线图等。

直方图可以展示数据的分布情况,散点图可以展示不同变量之间的关系,折线图可以展示数据的变化趋势。

此外,还可以使用热力图、雷达图等方法来展示多维数据的关系。

在进行数据可视化时,我们需要选择合适的图表类型,并进行必要的数据转换和调整。

同时,还需要注意图表的标签和标题,以便读者更好地理解图表的含义。

三、统计分析:统计分析是对数据进行量化和推断的方法。

通过统计分析,我们可以得出结论,并评估结论的可靠性。

常见的统计分析方法包括描述统计、假设检验和回归分析等。

描述统计是对数据进行总结和描述的方法,包括均值、中位数、标准差等指标。

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实验数据的处理在做完实验后,我们需要对实验中测量的数据进行计算、分析和整理,进行去粗取精,去伪存真的工作,从中得到最终的结论和找出实验的规律,这一过程称为数据处理。

实验数据处理是实验工作中一个不可缺少的部分,下面介绍实验数据处理常用的几种方法。

一、列表法列表法就是将实验中测量的数据、计算过程数据和最终结果等以一定的形式和顺序列成表格。

列表法的优点是结构紧凑、条目清晰,可以简明地表示出有关物理量之间的对应关系,便于分析比较、便于随时检查错误,易于寻找物理量之间的相互关系和变化规律。

同时数据列表也是图示法、解析法的数值基础。

列表的要求:1、简单明了,便于看出有关量之间的关系,便于处理数据。

2、必须注明表中各符号所代表的物理量、单位。

3、表中记录的数据必须忠实于原始测量结果、符合有关的标准和规则。

应正确地反映测量值的有效位数,尤其不允许忘记未位为“0”的有效数字。

4、在表的上方应当写出表的内容(即表名)二、图示法图示法就是在专用的坐标纸上将实验数据之间的对应关系描绘成图线。

通过图线可直观、形象地将物理量之间的对应关系清楚地表示出来,它最能反映这些物理量之间的变化规律。

而且图线具有完整连续性,通过内插、外延等方法可以找出它们之间对应的函数关系,求得经验公式,探求物理量之间的变化规律;通过作图还可以帮助我们发现测量中的失误、不足与“坏值”,指导进一步的实验和测量。

定量的图线一般都是工程师和科学工作者最感兴趣的实验结果表达形式之一。

函数图像可以直接由函数(图示)记录仪或示波器(加上摄影记录)或计算机屏幕(打印机)画出。

但在物理教学实验中,更多的是由列表所得的数值在坐标纸上画成。

为了保证实验的图线达到“直观、简明、清晰、方便”,而且准确度符合原始数据,由列表转而画成图线时,应遵从如下的步骤及要求:1、图纸选择依据物理量变化的特点和参数,先确定选用合适的坐标纸,如直角坐标纸、双对数坐标纸、单对数坐标纸、极坐标纸或其他坐标纸等。

原则上数据中的可靠数字在图中也应可靠,数据中的可疑位在图中应是估计的,使从图中读到的有效数字位数与测量的读数相当。

例如:作电阻R(Ω)与温度T(︒C)的图时,可以选用直角坐标纸或单对数坐标纸作图。

选择何种坐标纸要看需要,若要求从任一温度值得到对应的电阻值;或某点的电阻温度系数,则用直角坐标纸较为合适;若要计算半导体热敏电阻中的常数A和B,则用单对数坐标纸较为合适。

2、定标与分度合理选轴,正确分度,是一张图做得好坏的关键,在习惯上常将自变量作横坐标轴(X轴),因变量作纵坐标轴(Y轴)。

在两个变化的物理量中,究竟谁为自变量或因变量,应根据实验方法和数据特性来判断。

例如在上例中,我们可取温度T为X轴,电阻R为Y轴。

当坐标轴确定后,应当注明该轴所代表的物理量名称的单位,还要在轴上均匀地标明该物理量的坐标分度,在标注坐标分度时应注意:(1)分度应使每个点的坐标值都能迅速方便地读出。

一般用一大格(1cm)代表1、2、5、10个单位,因为这样不仅标点和读数都比较方便,而且也不容易出错。

(2)坐标的分度不一定从零开始,可以用低于原始数据最小值的某一个整数作为坐标分度的起点,用高于测量数据的最大值的某一整数作为终点,两轴的比例也不同。

这样,图线尺可充满所选用的图纸。

3、描点根据数表列的测量值,在坐标系内用削细的铅笔逐个描上“ ”或其他准确清晰的标志。

若在同一张图上要标志几条不同的曲线,为区别不同的函数关系的点,可以用不同的符号作出标记,如用“○”、“+”……等等,以示区别,并在适当的位置上注明各符号代表的意义。

注意,在描点时,交叉或中心点应是数据的最佳值。

4、联线依照数据点体现的函数关系的总规律和测量要求,确定用何种曲线。

若校准电表,采用折线联接每个测量点,而在大多数情况下,物理量在某一范围内连续变化,故采用光滑的直线或曲线。

该曲线应尽可能通过或接近大多数测量数据点,并使数据点尽可能均匀对称地分布在曲线的两侧。

对于个别大于3的“错值”或“坏值”可以舍去。

5、曲线的内插与外延在有经验、有把握的情况下,可以将实验所得的图线向着本次实验数据范围以外的区域(按原有的规律)延伸并且用虚线画出,以区别范围内的图线。

如图2-5所示。

值得注意的是实验图线不能随意延伸,不能认为在某范围内得到的规律就可以通用于另一范围。

例如金属的电阻,温度关系在极低温度和高温下并不是线性的,因此不能把室温下测量的结果任意延伸到极低温和高温区域。

任意延伸不但有风险,而且这样做的本身也是一种不实事求是的态度。

6、坐标变换某些函数关系是非线性的,不仅曲线不易画准确,而且也难以从曲线上得到物理量之间的函数关系。

若能通过坐标变换,使曲线变成直线,既降低了作图的难度,更重要的是便于寻找物理量之间的函数关系,获得经验公式。

还以半导体的温度曲线为例,将Y轴R T(Ω)变化为ln R T(Ω),将X轴的T(︒C)变换为T-1(K-1)作图,ln R T(Ω)~T-1(K-1)曲线为一直线。

如图2-6所示(Ω)~T曲线图2-6a 热敏电阻的RT7、标写图名在图的下方书写上完整的图名,一般是将纵坐标所代表的物理量写在前面,横轴所代表的物理量写在后面。

必要时,还应在图的下方或其他空白处,注明实验条件或其它相关内容,作出简要的说明。

三、图解法利用图示法得到物理量之间的关系图线,采用解析方法得到与图线所对应的函数关系——经验公式的方法称为图解法。

在物理实验中,经常遇到的图线是直线、抛物线、双曲线、指数曲线和对数曲线等,下面我们对以上各种情况分别进行讨论。

1.直线方程设直线方程,在直角坐标纸上Y轴为纵轴,则a为此直线的斜率,b为直线的Y轴上的截距。

要建立经验公式,则需求出a和b。

(1)求斜率a:首先在画好的直线上任取两点,但不要相距太近,一般取靠近直线的两端P1(x1,y1),P(x2,y2),其x坐标最好取整数。

于是得出(19)(2)求截距b:如果x轴的零点刚好在坐标原点,则可直接从图线上读取截距b=y;否则可将直线上选出的点(如x1,y2)和斜率a代入方程,求得(20)2.非直线方程要想直接建立非直线方程的经验公式,往往是困难的。

但是,直线是我们可以最精确绘制出的图线,这样就可以用变量替换法把非直线方程改为直线方程,再利用建立直线方程的办法来求解,求出未知常量,最后将确定了的求知常量代入原函数关系式中,即可得到非直线函数的经验公式。

(见表2-3)表2-3 常见的非线性函数变换为线性关系表原函数关系变换后的函数关系方程式求知常量方程式斜率截距四、最小二乘法用图解法固然可以求出经验公式,表示出相应的物理规律,但是这种方法求出的有关常数比较粗略,图表的表示往往不如用函数表示更准确,因此,人们希望从实验数据出发通过计算求出经验方程,这称为方程的回归问题。

下面介绍一种处理数据的方法——最小二乘法。

1、方程的回归方程的回归,首先要确定函数形式。

一般可以根据理论的推断或从实验数据的变化趋势来判断。

例如:根据数据推断出测量数据X与Y为线性的函数关系,则可将其函数关系写成下列形式:Y=a+bX (a,b为待定系数)若推断测量数据的函数形式为指数函数关系,则可写(a,b,c为待定系数)若测量数据的函数关系不明确,则常用多项式来拟合,即(21)式中a1,a2,a3,… an均为待定系数。

方程回归的第二步就是要用测定的实验数据来确定上述方程中的选定常数。

第三步就是在选定系数确定之后,还必须验证所得的结果是否合理,否则,需用其他的函数关系重新试探,只到合理为止。

2、一元线性回归(又称直线拟合)一元线性回归是方程回归中最简单和基本的问题,在一元线性回归中确定a和b,相当于在作图法中求直线的截距和斜率。

假设测量值符合直线方程。

(22)则所测各y i值与拟合直线上相应的点之间偏离的平方和为最小(即最小),故称为最小二乘法。

(23)为求最小值,应使把公式(23)分别对a和b求偏微分得(24)即(25)令表示x的平均值,即:表示y的平均值,即表示x2的平均值,即,表示xy的平均值,即:,代入公式(25)得(26)解方程得(27)式中a和b分别为直线的截距和斜率。

为了判断拟合的结果是否合理,在求出待定系数后,还需要计算一下相关系数r。

对于一元线性回归,r的定义为:(28)r值在0和1之间,r值越接近1,说明实验数据点x和y的线性关系越好,用线性函数回归是合适的。

可以证明,斜率的标准差为:(29)截距的标准偏差为:(30)对于指数函数、对数函数、幂函数的最小二乘法拟合,可以通过变量代换,变换成线性关系,再进行拟合。

也可以用计算器进行相关的回归计算,直接求解实验方程。

现在市场上有很多函数计算器具有多种函数的回归功能,操作方便。

对更复杂一些的函数,可以自编程序或采用计算机作图软件来进行拟合。

五、逐差法当自变量等间隔变化,而两物理量之间呈线性关系时,我们除了采用图解法、最小二乘法以外,还可采用逐差法。

比如弹性模量测量中,在金属丝弹性限度内,每次加载质量相等的砝码,测得光杠杆尺读数r i;然后再逐次减砝码,对应地测量标尺读数r'i,取r i和r'i的平均值。

若求每加(减)一个砝码引起读数变化的平均值为,则有。

(31)从上式看到,只有首末两次读数对结果有贡献,失去了多次测量的好处。

这两次读数误差对测量结果的准确度有很大影响。

为了避免这种情况,平等地运用各次测量值,可把它们按顺序分成相等数量的两组(r1,…r p)和(r p+1,…,r2p),取两组对应项之差:再求平均,即(32)相应地,它们对应砝码质量为。

这样处理保了多次测量的优越性。

注意:逐差法求自变量等间隔变化而函数关系为线性。

例如:弹性模量实验数据如表2-4所示。

表2-4 负载与标尺刻度变化之间的关系i1 2 3456780.000.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.50090.0101.5112.5124.5135.3146.0158.0170.088.4100.0111.0122.8134.0147.6158.4170.089.2100.8111.8123.4134.6146.8158.2170.045.446.046.446.62.000 2.000 2.000 2.000已知砝码质量。

标尺刻度不确定度为。

求标尺读数与砝码质量之间的线性比例系数a。

解:将8个数据分成两组,j=1,2,3,4,由上表数据知则六、实验结果正确表达表征一个物理量的三要素:有效数值、不确定度、单位。

(1)测量结果有效位数由不确定度决定。

(2)实验结果一般用不确定度或相对不确定度来表示测量的精度。

(最好两种表达式都给出)(3)实验结果和单位一般采用国际单位制。

根据所有的置信概率,测量结果的最终表达式为:(单位)或(单位)(33)式中,为实验结果的平均值。

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