如何计算不确定性

作者：多人 | 更新时间：2023-07-07 10:22:00

在日常计算数据时，可以考虑数据范围内的“真值”来计算不确定性。为了计算不确定性，需要找出数据的最佳估计值（即理想的“真值”），并在计算不确定性时考虑所有数据。若想了解如何计算不确定性，请继续阅读以下内容。

方法 1.基础知识

用正确形式表示不确定性。
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
总是把实验值的小数点化简到不确定范围值一致。
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
给一个测量值计算不确定性。
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。
计算好几个物品的一个测量值的不确定性。
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。
多次取样测量。
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

多取样测量。
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。
得出平均值。
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
求得方差。
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) + (-0.07 s) + (0.07 s)² = 0.037 s
  - 把上述答案除以5，得到平均值。 0.037 s/5 = 0.0074 s
找出标准差。
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
表示最终答案。
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

方法 3.对不确定性进行算术运算

不确定性的加法。
1.不确定性的加法。
直接把测量值相减，然后误差范围相加。
- (5 cm ± .2 cm) + (3 cm ± .1 cm) =
- (5 cm + 3 cm) ± (.2 cm +. 1 cm) =
- 8 cm ± .3 cm
不确定性的减法。
2.不确定性的减法。
直接把测量值相减，和误差范围分别相加即可。
- (10 cm ± .4 cm) - (3 cm ± .2 cm) =
- (10 cm - 3 cm) ± (.4 cm +. 2 cm) =
- 7 cm ± .6 cm
不确定性的乘法。
3.不确定性的乘法。
要做乘法，直接把测量值相乘，误差范围相加。
- (6 cm ± .2 cm) x (4 cm ± .3 cm) =
- (6 cm x 4 cm) ± (.2 cm +.3 cm) =
- 24 cm ± .5 cm
不确定性的除法。
4.不确定性的除法。
直接把测量值相除，误差范围相加。
- (10 cm ± .6 cm) ÷ (5 cm ± .2 cm) =
- (10 cm ÷ 5 cm) ± (.6 cm + .2 cm) =
- 2 cm ± .8 cm
不确定性的指数增加。
5.不确定性的指数增加。
要让不确定性指数增加，计算测量值指数增加值，然后让误差范围乘以次数。
- (2.0 cm ± 1.0 cm) ± (1.0 cm) x 3 =
- 8.0 cm ± 3 cm