本帖最后由 史錦順 于 2014-6-14 10:01 編輯
論不確定度理論與誤差理論的關(guān)系 - 史錦順 - (一)不確定度論登臺(tái)就宣布與誤差理論劃清界限 1 不確定度論認(rèn)為真值不可知、誤差不可求,所以才搞不確定度評(píng)定。 NIST TN1297(美國(guó)國(guó)家計(jì)量院文件)D.1.1.4 條款:“一般說(shuō)來(lái),測(cè)量的誤差是不知道的。因?yàn)楸粶y(cè)量的值是未知的。然而,可以評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度。” 《測(cè)量不確定度》(葉德培編,陳芳允院士序)的序言寫(xiě)到: “對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,過(guò)去長(zhǎng)期以來(lái)系用測(cè)得值相對(duì)于被測(cè)量值的誤差來(lái)表示,但由于被測(cè)量的真值是一個(gè)未知數(shù),因此使過(guò)去的表示法產(chǎn)生了定量的困難。” 為什么要搞個(gè)測(cè)量不確定度?
從上兩條論述說(shuō)明,不確定度論一出世,就否定誤差理論的根基。說(shuō)“誤差不能求”,等于說(shuō)誤差理論沒(méi)法用。而可以評(píng)定不確定度;那就該用不確定度理論代替誤差理論來(lái)處理計(jì)量測(cè)量業(yè)務(wù)。“誤差不能求”,是不確定度論出世的理由。 誤差可求,誤差理論就有用;不確定度就沒(méi)有出世的理由。誤差不可求,誤差理論就得作廢。不可求的誤差不用了,而用能評(píng)定的不確定度。 誤差可求還是不可求,關(guān)系不確定度理論與誤差理論的是非、榮辱、興廢。 原來(lái)“誤差不可求”是子虛烏有的假命題。“誤差不可求”,這是個(gè)測(cè)量佯謬,下節(jié)再駁斥。 這里只是說(shuō)明:誤差不可求的論斷,表明兩個(gè)理論是對(duì)立的,是水火不相容的。 2 不確定度論與誤差概念分道揚(yáng)鑣 GUM E5.1條款:“本導(dǎo)則的重點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果及其評(píng)定的不確定度。而不是不可知量真值和誤差。”“本導(dǎo)則實(shí)際上要將不確定度和不可知量‘真值’和誤差即通常要混淆的術(shù)語(yǔ)區(qū)分開(kāi)。” GUM E5.4條款:“本導(dǎo)則的使用方法的重點(diǎn)是放在量的觀測(cè)的(或估計(jì)的)值和該量值的觀測(cè)到的(或估計(jì)的)變動(dòng)性,完全不必提及誤差。” 3 不確定度論表示不確定度與誤差不同 GUM D5.1條款 “即使評(píng)定的不確定度很小,仍然不能保證測(cè)量結(jié)果的誤差很小。測(cè)量結(jié)果的不確定度不一定可表明測(cè)量結(jié)果接近被測(cè)量值的程度”。 - (二)破解測(cè)量佯謬 炮制不確定度論的美國(guó)人說(shuō):“被測(cè)量真值不知道,誤差不能求。” 真是這樣嗎?不!這是個(gè)佯謬。佯者,假也;謬者,錯(cuò)也。佯謬就是:所指的問(wèn)題不存在。 “真值未知,誤差不可求”,是個(gè)錯(cuò)誤判斷,是個(gè)“測(cè)量佯謬”。 - 倘若在脫離人世的孤島上,“真值未知誤差不可求”是成立的。但我們是生活在人類社會(huì)中,這個(gè)“真值未知誤差不可求”的說(shuō)法,不成立。 我們先講遠(yuǎn)離人世的孤島上的故事,再講人類社會(huì)的現(xiàn)實(shí)。 - 魯濱遜讓星期五制造一桿秤,量一根金條的重量。星期五利用杠桿原理造了一臺(tái)秤,測(cè)過(guò)金條,報(bào)告:300克。魯濱遜問(wèn):測(cè)量誤差多大?星期五道:測(cè)量誤差等于測(cè)得值減真值,我只知道測(cè)得值是300克,卻不知道金條重量的真值,我計(jì)算不出誤差。如果想知道誤差是多少,請(qǐng)主人告訴我金條的真值。魯濱遜罵道:“你這個(gè)笨蛋,我若知道金條重量的真值,還讓你測(cè)量嗎?”星期五挨罵,覺(jué)得很委屈;心想:在老家時(shí),稱糧食,用不著算誤差呀。秤上標(biāo)著準(zhǔn)確度是5克,買(mǎi)5千克大米,差不過(guò)千分之一,沒(méi)計(jì)較過(guò)。用我的秤,怎么算誤差呢? 島上來(lái)個(gè)客人,是美國(guó)國(guó)家計(jì)量院的泰勒先生,他是來(lái)推行不確定度論的。魯濱遜請(qǐng)?zhí)├罩v課,泰勒就“誤差等于測(cè)得值減真值,真值未知,誤差不可求,可以評(píng)定不確定度,”講演一番。講者口若懸河,魯濱遜佩服得五體投地;星期五帶著自己的問(wèn)題仔細(xì)聽(tīng),卻似懂非懂,心有余悸,怕主人讓他評(píng)定不確定度;評(píng)不好,難交差。哪壺不開(kāi)提哪壺,客人一走,魯濱遜就令星期五評(píng)定金條重量300克的測(cè)量不確定度。 星期五自制的秤,是個(gè)不等臂天平。就用手機(jī)當(dāng)砝碼,是100克。手機(jī)在左,金條在右,平衡時(shí),兩側(cè)力矩相等,左臂長(zhǎng)是右臂長(zhǎng)的三倍,因此星期五報(bào)告金條重量300克。 話說(shuō)星期五遵命評(píng)定不確定度。先進(jìn)行A類評(píng)定。把金條放上去取下來(lái),反復(fù)10次,每次測(cè)得值都是300克。支點(diǎn)很鈍,靈敏度很低。顯眼,A類測(cè)量不確定度為零。星期五覺(jué)得不好交差,于是進(jìn)行B類評(píng)定。第一條,“以前的測(cè)量數(shù)據(jù)”,以前沒(méi)測(cè)過(guò)。“查手冊(cè)”,手冊(cè)上沒(méi)有。星期五正一籌莫展,魯濱遜來(lái)監(jiān)工,看見(jiàn)星期五愁眉苦臉的樣子,動(dòng)了惻隱之心,告訴星期五說(shuō):“我送泰勒先生上飛機(jī)時(shí),泰勒先生告訴我秘訣說(shuō):‘B類評(píng)定條款太多,都是虛的;要領(lǐng)是看說(shuō)明書(shū)一條,那里有關(guān)于誤差的信息可用。切記’。” 星期五想了想,才恍然大悟。罵道:這個(gè)美國(guó)人,真蒙人,儀器說(shuō)明書(shū)還沒(méi)編寫(xiě),讓我上哪兒去找?講課時(shí)說(shuō)誤差理論這不行那不行,真正用時(shí),還得用人家的數(shù)據(jù),這不是偷嗎?我不干!我到網(wǎng)上問(wèn)個(gè)明白。 - 星期五上網(wǎng)來(lái)到本欄目。老史說(shuō)明,造秤必須有標(biāo)準(zhǔn)。便送他一套砝碼。還送他一本《新概念測(cè)量計(jì)量學(xué)》。說(shuō)明建立測(cè)得值函數(shù)、分析誤差因素、確定誤差范圍的方法。告訴他有標(biāo)準(zhǔn)就可以確定誤差范圍。求誤差不需要“測(cè)得值減被測(cè)量真值”的操作。測(cè)量的要義是實(shí)現(xiàn)一般量對(duì)特定量的代換。你有了這套砝碼,就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)代換,不僅可以知道被測(cè)量的量值,還可以確定測(cè)得值的誤差。求誤差這件事,在孤島上做不成,而在人類社會(huì)中容易做,因?yàn)樯鐣?huì)中有計(jì)量,有量值傳遞。我送你經(jīng)過(guò)計(jì)量的一套砝碼,你拿回去用,這就是量值傳遞。有了砝碼,就可以確定你那臺(tái)秤的誤差范圍了。誤差元必定小于誤差范圍,知道誤差范圍,就夠用了。 星期五說(shuō)起美國(guó)人講課的事,人家說(shuō)“誤差不能求”,問(wèn)老史怎么看。老史拿出一本《駁不確定度論一百六十篇集》。星期五在第352頁(yè)看到《測(cè)量佯謬破解》一文。一看就知道泰勒先生是在蒙人。星期五準(zhǔn)備回去同魯濱遜辯論,就抄錄了如下幾段。 - 凡是測(cè)量?jī)x器,必有測(cè)得值函數(shù),測(cè)得值函數(shù)又簡(jiǎn)化為誤差函數(shù)。量程內(nèi)任何測(cè)量點(diǎn),都有該點(diǎn)測(cè)得值的誤差范圍。因此,測(cè)量中得到測(cè)得值的同時(shí),就知道了該測(cè)得值的誤差范圍。 測(cè)量的第1步是根據(jù)測(cè)量的誤差要求選用測(cè)量?jī)x器。只要測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo),小于要求的測(cè)量誤差的絕對(duì)值就夠用了。第2步是測(cè)量操作,取得測(cè)得值。第3步是給出測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果等于測(cè)得值加減誤差范圍。誤差范圍就是所用測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo)值。 測(cè)量的目的是知道被測(cè)量的真值。測(cè)量結(jié)果中就包含真值。只要誤差范圍滿足要求,測(cè)量者就達(dá)到了測(cè)量的目的。現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐,不是追求絕對(duì)真值。人們客觀需要的是準(zhǔn)確度夠用的測(cè)得值。 選用測(cè)量?jī)x器,已經(jīng)知道誤差范圍。是不必經(jīng)過(guò)測(cè)得值減真值的操作的。儀器是經(jīng)過(guò)計(jì)量的,誤差范圍已經(jīng)公證。 - 有意思的是不確定度論回避真值概念,繞了20年,VIM3還是回到“包含真值的區(qū)間”,那正是早已有之的測(cè)得值與誤差范圍包含著真值的概念。當(dāng)然,由于不確定度論否定真值的出發(fā)點(diǎn)錯(cuò)了,只講究分散性不顧偏離性的方向錯(cuò)了,重評(píng)估而輕實(shí)測(cè)的方法錯(cuò)了,不分常量測(cè)量還是變量測(cè)量,一律除以根號(hào)N,公式錯(cuò)了……,它是不可能得到正確的包含真值的區(qū)間的。不確定度自己宣稱它與真值無(wú)關(guān)。說(shuō)無(wú)關(guān),還得說(shuō),因?yàn)槊撾x真值(客觀值),什么也說(shuō)不清。 - 炮制不確定度論的美國(guó)人說(shuō):“被測(cè)量真值未知,誤差不可求”。其實(shí),這是個(gè)佯謬。佯謬的意思是:所指的問(wèn)題不存在。 我們一經(jīng)選定測(cè)量?jī)x器,便知道了用該儀器測(cè)量的誤差范圍,用不著按定義去求誤差。就是說(shuō),不經(jīng)測(cè)得值減真值的操作,就知道了誤差范圍。所以,“不知真值不能算誤差”這個(gè)判斷是錯(cuò)誤的。 我們的社會(huì)是個(gè)有組織、有分工的的整體,對(duì)測(cè)量者來(lái)說(shuō),早有發(fā)明者發(fā)明了測(cè)量?jī)x器,有設(shè)計(jì)制造者準(zhǔn)備好了標(biāo)有誤差范圍的儀器,有計(jì)量機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)認(rèn)定了儀器性能的合格性。用戶根據(jù)需要,選擇誤差范圍滿足要求的測(cè)量?jī)x器就可進(jìn)行測(cè)量了,是不必搞什么評(píng)定的。測(cè)量者必須正確使用儀器,應(yīng)該知道測(cè)量?jī)x器的誤差范圍,但沒(méi)有必要,也不可能去敲定測(cè)量?jī)x器誤差。 測(cè)量?jī)x器的誤差范圍是測(cè)量?jī)x器的基本性能指標(biāo),由設(shè)計(jì)與制造來(lái)決定,而由計(jì)量部門(mén)認(rèn)可。 測(cè)量?jī)x器以一般量的標(biāo)準(zhǔn)量確定誤差范圍,這對(duì)任何特定量都有效,因此人們不必先知被測(cè)量的真值而后求誤差,而是選定測(cè)量?jī)x器,就知到了誤差范圍。 測(cè)量佯謬,破解了。所謂的誤差理論的困難,根本就不存在。 - (三)不確定度論對(duì)誤差理論的否定、攻擊與篡改 4.1 說(shuō)真值不可知。挖掉誤差理論的根。 4.2 說(shuō)誤差不可求。斬?cái)嗾`差理論的路。 4.3 認(rèn)為不存在系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的界限。否定對(duì)“系統(tǒng)誤差”的分類,卻以消除系統(tǒng)誤差為討論前提。不分類,消除什么? 4.4 指謫誤差合成沒(méi)有統(tǒng)一計(jì)算公式;不確定度評(píng)定的合成公式,一律平方合成,統(tǒng)一了,卻違反“通常有系統(tǒng)誤差”的現(xiàn)實(shí)。有時(shí)含混說(shuō)一句:假設(shè)不相關(guān);但許多情況下,假設(shè)不成立。多數(shù)的合成操作的假設(shè)是掩耳盜鈴。 4.5 指鹿為馬——說(shuō)準(zhǔn)確度是定性的,不能定量。世界上億萬(wàn)臺(tái)儀器用過(guò)“準(zhǔn)確度”;直觀,含義明確;改叫不確定度,既可能是手段問(wèn)題,也可能是對(duì)象(量值)的變化,出現(xiàn)歧義。此舉不僅是畫(huà)蛇添足,并且是模糊術(shù)語(yǔ)含義。無(wú)事生非。到今天,美國(guó)的安捷倫公司福祿克公司的測(cè)量?jī)x器的指標(biāo)還是準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度就是誤差范圍,明明是定量的,卻硬說(shuō)是定性的。大白天說(shuō)夢(mèng)話。 4.6 鳩占鵲巢——把誤差范圍(準(zhǔn)確度)叫不確定度。誤差理論中,誤差范圍專指手段問(wèn)題。換成不確定度,既可能是儀器誤差,也可能是量值本身的變化。這就混淆不清了。 4.7 偷梁換柱——說(shuō)誤差不可求,卻用誤差來(lái)評(píng)定不確定度。 聲稱誤差不可求,才引入測(cè)量不確定度。初始的不確定度論,也確曾信誓旦旦,不提誤差。然而,測(cè)量計(jì)量就那么點(diǎn)事,不提誤差,就寸步難行。于是,不確定度評(píng)定竟大方地運(yùn)用誤差理論的成果——測(cè)量?jī)x器的誤差范圍。 指謫誤差不可求,卻盜用人家求得的誤差成果;無(wú)能,可笑。 4.8 東施效顰——測(cè)量結(jié)果本來(lái)表為測(cè)得值加減誤差范圍;卻改成測(cè)得值加減U95。 用測(cè)得值加減誤差范圍表達(dá)的測(cè)量結(jié)果,是以測(cè)得值為中心的被測(cè)量實(shí)際值的區(qū)間,即被測(cè)量真值的區(qū)間。由于“誤差元等于測(cè)得值減真值,誤差范圍是誤差元絕對(duì)值的一定概率意義下的最大可能值”的基本概念,很容易推導(dǎo)出,測(cè)量結(jié)果這個(gè)區(qū)間包含被測(cè)量的真值。 “測(cè)量結(jié)果包括被測(cè)量真值”這個(gè)事實(shí),是測(cè)量的基礎(chǔ),是計(jì)量的目的。如果測(cè)量結(jié)果不包含被測(cè)里的真值,測(cè)量就沒(méi)有意義。計(jì)量是抽樣證實(shí)被檢儀器測(cè)得值函數(shù)的真實(shí)性,測(cè)量結(jié)果簡(jiǎn)化地體現(xiàn)測(cè)得值函數(shù),因此,計(jì)量合格的測(cè)量?jī)x器的測(cè)量結(jié)果,必定包括被測(cè)量的真值。 把測(cè)量結(jié)果表為測(cè)得值加減U95,就不倫不類了。也說(shuō)是區(qū)間中包含真值,但不確定度本身沒(méi)有構(gòu)成它的單元,一上來(lái)就是“可信性”“分散性”,由于認(rèn)為真值不可知,于是就沒(méi)法與真值掛上鉤。空口說(shuō)“是包含真值的區(qū)間”,怎么推導(dǎo)?怎樣包含?一片茫然。來(lái)路不明,難讓人相信。 - (四)不確定度論的主要錯(cuò)誤與弊病 1 定義含混 1.1 不靠譜的可信性 1.2 撿個(gè)芝麻而丟了西瓜的分散性。分散性是個(gè)問(wèn)題;但測(cè)量計(jì)量的主要問(wèn)題是偏離性。 1.3 不知來(lái)歷的包含真值的區(qū)間。 2 沒(méi)有單元 不確定度是個(gè)集合的概念、區(qū)間的概念。說(shuō)是“集合”,構(gòu)成的單元是什么?沒(méi)有;說(shuō)是區(qū)間,區(qū)間中的點(diǎn)是什么?不知道。集合的單元、區(qū)間的點(diǎn),必須是誤差元,但出世就說(shuō)“誤差不可求”的不確定度論,沒(méi)臉談?wù)`差;而不提誤差,就明確不了不確定度與不確定度區(qū)間的含義。更說(shuō)不清測(cè)量計(jì)量問(wèn)題。不確定度論堵死了自己的認(rèn)識(shí)之路。 3 分類不符合邏輯 邏輯學(xué)說(shuō),分類必須根據(jù)事物特有的性質(zhì)。不確定度論按認(rèn)識(shí)方法分類,不當(dāng)。B類評(píng)定的儀器誤差范圍,必定包含隨機(jī)誤差,與A類評(píng)定重復(fù),犯了“子類相容”的邏輯錯(cuò)誤。說(shuō)A類是統(tǒng)計(jì)方法,其實(shí)B類也不可能不用統(tǒng)計(jì)。李慎安先生指出A類B類的分類沒(méi)必要,乃是否定不確定度分類法的真知灼見(jiàn)。 4 舍實(shí)測(cè)而搞評(píng)估,違背測(cè)量計(jì)量的實(shí)測(cè)原則 5 混淆兩類測(cè)量,混淆個(gè)西格瑪 測(cè)量的一類,對(duì)象是常量,示值的分散性是儀器的原因,西格瑪要除以根號(hào)N;另一類測(cè)量是統(tǒng)計(jì)測(cè)量,被測(cè)量是快變量,必須用單值的西格瑪表征量值的分散性。即使用平均值表征量值,也不能除以根號(hào)N。不確定度論一律除以根號(hào)N,對(duì)統(tǒng)計(jì)測(cè)量是錯(cuò)誤的。 不確定度主定義的分散性,含混其詞,既包含儀器的儀器的隨機(jī)變化,也包含被測(cè)量本身的變化。定義把兩類不同性質(zhì)的內(nèi)容攪合在儀器,應(yīng)用中的混亂是必然的。 6 混淆對(duì) 象和手段 評(píng)定檢定裝置的檢定能力,卻錯(cuò)誤地計(jì)入被撿儀器的性能。 合格性判別式中,加入U95,把被撿儀器的穩(wěn)定性、分辨力等重計(jì)了 7 錯(cuò)誤的拆分測(cè)得值函數(shù) GUM的泰勒展開(kāi),歐洲合格性組織的評(píng)定模型,都是拆分測(cè)得值函數(shù)。測(cè)量計(jì)量中,測(cè)得值函數(shù)必須整體應(yīng)用,整體檢查;求微分就是拆分,導(dǎo)致重計(jì)、錯(cuò)計(jì)。計(jì)量的不確定度評(píng)定,都搞錯(cuò)了。 8 不分條件的一律平方合成 《數(shù)學(xué)手冊(cè)》(1980版)上有簡(jiǎn)單、易算、保險(xiǎn)的絕對(duì)值合成法;本來(lái),除滿足獨(dú)立、大量二條件的如隨機(jī)誤差或隨機(jī)變量以外,都應(yīng)該用絕對(duì)值合成;如今的不確定度評(píng)定,一律用方和根,算小了,錯(cuò)了。有時(shí)說(shuō)一句“相互獨(dú)立”,其實(shí)大多數(shù)情況假設(shè)不成立。 9 降低可信性 經(jīng)典測(cè)量計(jì)量學(xué)取3σ為誤差范圍,置信概率是99.73%,即失誤率為0. 27%;不確定度論取2σ,置信概率為95. 45%,即失誤率是4.55%。失誤率擴(kuò)大17倍。這是不可容忍的數(shù)字! 經(jīng)濟(jì)條件較差的過(guò)去,幾百年能用3σ;如今經(jīng)濟(jì)條件好了,卻改為2σ,人為擴(kuò)大失誤率。嘴上講避免浪費(fèi),實(shí)際只是為與誤差理論唱對(duì)臺(tái)戲,竟不顧產(chǎn)品質(zhì)量、人身事故、工程成敗,豈有此理! 10 夸張指標(biāo),構(gòu)成隱患 取2σ、平方合成、除以根號(hào)N,這三項(xiàng)總效果是嚴(yán)重夸張指標(biāo)。夸張儀器指標(biāo)的實(shí)際效果就等于減低產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)在要不得。 不確定度論規(guī)定σ一律除以根號(hào)N,對(duì)宇航事業(yè)是隱患。除以根號(hào)N,就等于大大降低測(cè)速的準(zhǔn)確度。警惕呀,宇航測(cè)量工作者! - (五)是對(duì)抗,而不是包含,更不是發(fā)展 考察不確定度理論與誤差理論的關(guān)系,要看不確定度的基本文件是怎樣說(shuō)的,實(shí)際又是怎樣干的。不能憑想象。 有人說(shuō)現(xiàn)在誤差理論的書(shū)包含不確定度理論,因此不確定度理論是誤差理論的一部分。老史真是無(wú)語(yǔ),沒(méi)法回答。 說(shuō)不確定度理論處理的是隨機(jī)誤差與未定系統(tǒng)誤差的問(wèn)題。三百年前。如果出現(xiàn)不確定度理論,可能是高論。1993年后重復(fù)誤差理論早已解決的問(wèn)題,還有什么意思? 歸根到底是說(shuō)誤差不可求,可以評(píng)定不確定度。“誤差不可求”,是測(cè)量佯謬,根本就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。 說(shuō)不確定度理論是誤差理論的一部分,部分與部分必須有共同的基礎(chǔ)。不確定度理論否定誤差理論的基礎(chǔ)真值概念與誤差感念,哪有共同的基礎(chǔ)? 說(shuō)不確定度理論是誤差理論的發(fā)展,發(fā)展了什么呢?不確定度論沒(méi)有任何可用的東西。 - 事情很明白,不確定度理論與誤差理論的關(guān)系,是對(duì)抗關(guān)系,是生死存亡的斗爭(zhēng)。 一看宣言。開(kāi)頭引的NIST與GUM的話,表明:不確定度理論就是要代替誤差理論。 二看行動(dòng)。VIM2004版把誤差理論的術(shù)語(yǔ)放在附錄中,明顯表明,將取締誤差理論。有人說(shuō),2008版不是又請(qǐng)回了嗎?是的,這是誤差理論派斗爭(zhēng)的勝利,也是因?yàn)椴淮_定度理論也實(shí)在無(wú)能,完全拋開(kāi)誤差理論,測(cè)量計(jì)量就無(wú)法正常進(jìn)行。 不確定度理論出世,就是要代替誤差理論。至于20年過(guò)去了,還代替不了,那可不是它的寬大,而是它無(wú)能。 - |