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剩餘誤差

鎖定
剩餘誤差(residual errors)是各次測量值與其算術平均值之差,也稱殘差、殘餘誤差。在等精度測量中,x為算術平均值;在不等精度測量中,x為加權平均值。 可以證明殘差的代數和等於零和殘差的平方和為最小值。 這兩點特性是檢驗算術平均值是否正確的依據,也是建立最小二乘法的理論依據。殘差在誤差理論中是一個經常遇到的重要參數。
中文名
剩餘誤差
外文名
residual errors
別    名
殘差
別    名
殘餘誤差
應用學科
數學(誤差理論)
相關概念
算術平均值等

剩餘誤差隨機誤差

隨機誤差的特徵
一般就隨機誤差的個體而言,其大小和方向都無法預測,而就隨機誤差的總體而言,則具有統計規律性,服從某種概率分佈。大量實驗證明,隨機誤差服從以下統計特徵:
(1)絕對值相等的正誤差與負誤差出現的次數相等,稱為隨機誤差的對稱性
(2)絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現的次數多,稱為隨機誤差的單峯性
(3)在一定的測量條件下,隨機誤差的絕對值不會超過一定界限,稱為隨機誤差的有界性
(4)當測量次數增加,隨機誤差的代數和趨向於零,稱為隨機誤差的抵償性 [1] 
隨機誤差的概率分佈
隨機誤差的概率分佈有正態分佈、均勻分佈、
分佈、反正弦分佈、梯形分佈、三角分佈等。絕大多數隨機誤差服從正態分佈,因此,正態分佈規律佔有重要地位。
正態分佈的隨機誤差,其概率密度函數
式中
——隨機誤差
的方差和標準差,標準差定義為方差的正的算術平方根
被測量的真值;
m——測量值。
如果確定了R及
,則正態分佈曲線就可以確定。需要解決的是在已知一組被測量後如何估算R及

剩餘誤差剩餘誤差

算術平均值和剩餘誤差
首先,在不考慮系統誤差和粗大誤差的條件下,對被測量作多次測量,由於各種隨機因素的影響,即便在同樣條件下,各次測量值均有一定的差異。設測量序列
,則用絕對誤差表示的隨機誤差列
將上式兩邊求和得
由正態分佈的抵償特性,得
故由式(1)得
式(2)左邊即為隨機變量的數學期望,當n為有限值時,測量值序列的算術平均值為
式中:
為測量值序列的算術平均值。
式(2)和式(3)表明,無系統誤差存在時,當測量次數n無限增大時,測量值的算術平均值與真值無限接近。因此可以説,在等精度測量中,算術平均值是被測量最可信賴的值。
由此可見,如果能夠對某一被測量進行無限次測量,就可以得到不受隨機誤差影響的測量結果,或者影響很小,可以忽略不計。但由於實際測量都是有限次測量,處理時只能把算術平均值作為被測量的真值的最佳近似值,於是有剩餘誤差(殘餘誤差)表達式:
式中
為剩餘誤差 [1] 
剩餘誤差的性質
剩餘誤差有兩個性質:
剩餘誤差的代數和為零,即
利用剩餘誤差的這一性質,可以檢驗計算的剩餘誤差和算術平均值是否準確。
剩餘誤差的平方和為最小,即
這是最小二乘法原理,在試驗數據處理中常常用到 [1] 
參考資料
  • 1.    蓋強,蔡暢.軍用傳感與測試技術:國防工業出版社,2014.09