不確定度理論的五大難關(4)——第四關：變性難

                  不確定度理論的五大難關(4)

                                 ——第四關：變性難

-

                                                                                                                    史錦順

-

（一）事物和事物的性質

邏輯學指出：

“每個事物，總有它的性質，這就是事物的屬性。事物與屬性是不可分的。事物都是有屬性的事物，屬性也都是事物的屬性。

一個事物與另一個事物的相同或相異，也就是一個事物的屬性與另一事物屬性的相同或相異。

由于事物屬性的相同與相異，客觀世界就形成了許多不同的事物類。具有相同屬性的事物就形成一類，具有不同性質的事物就分別地形成不同的類”。

（引自金岳霖：《形式邏輯》）

-

（二）分類的必要

分類是認識事物的一種基本方法。

認識事物，就是認識事物的性質，即事物的客觀屬性。

事物總是有屬性的事物，而屬性總是事物的屬性。因之，概念在反映事物的特有屬性的同時，也就反映了具有這些特有屬性的事物。這就形成了概念的內涵與外延這兩個方面。

概念的內涵，就是概念所反映的事物的特有屬性。

概念的外延，就是具有概念所反映的特有屬性的事物。

定義是明確概念的內涵的邏輯方法；分類是明確概念的外延的邏輯方法。

分類就是把一個概念的外延分為幾個小類的邏輯方法。

把一個大類分成幾個小類，大類叫屬，是分類的母項，小類叫種，是分類的子項。所以，分類就是把一個屬分為幾個種。

-

按事物的性質將事物分類，這就便于歸納比較、發現規律、正確處理。

近代自然科學的一位奠基人林奈說：“知識的第一步，就是要了解事物本身。這意味著對客觀事物要具有確切的理解；通過有條理的分類和確切的命名，我們可以區分并認識客觀事物。分類和命名是科學的基礎”。

-

（三）誤差分類的科學性

1 關于異常數據

有些誤差理論的書，把異常數據叫做粗大誤差，并和系統誤差、隨機誤差并列，這是不當的分類法。這種分類，沒有按同一分類標準。

異常數據是失誤或故障，不是誤差。誤差是有規律的，而異常數據有各種情況，并無規律。現在，已不再叫粗大誤差，而改稱異常數據。

-

2 兩類誤差

誤差理論把誤差分成兩類：系統誤差和隨機誤差（曾經叫偶然誤差），這是根據誤差的性質的分類。分類正確，命名準確。

誤差理論對誤差的分類，有深厚的哲學基礎。必然性與偶然性，是客觀世界的基本屬性。必然性，是人類一切活動的基礎。否定必然性同否定偶然性一樣，都是不符合實際的。

誤差理論的分類，在實踐應用中是成功的。三百年來誤差理論的成功應用的歷史，就是誤差分類方法的成功應用的歷史。不確定度論攻擊誤差分類理論，是不顧事實的胡說。一位網友說過，宣貫不確定度那陣子，不讓叫系統誤差，有些話就是說不明白。明明存在的事物，你不讓說，真不講理。

-

誤差分類，把誤差分為系統誤差與隨機誤差，是誤差處理的基礎。有重要的實際用途。

1 隨機誤差，用多次測量的方法，可以減小，而系統誤差不行；

2 系統誤差用標準或高檔儀器確定后，可以修正，而隨機誤差不能修正。

3 儀器與計量標準的設計，要尋求恰當的物理機制，減小系統誤差。發明新型的計量標準與新型測量儀器，關鍵是大幅度減小系統誤差。

4 隨機誤差，主要由隨機因素引入。對待環境溫度的波動，要選擇溫度系數小的材料與器件；電子噪聲，常常是測量儀器隨機誤差的主要來源，可選用低噪聲元器件。

5 誤差合成，隨機誤差內用“均方根法”，隨機誤差間按“方和根法”合成。

6 已定系統誤差，進行代數運算，體現在測得值中，不再計入誤差范圍。未定系統誤差（只知界限，不知大小和符號）間合成，要用“絕對和法”，易算又保險，廣受設計人員歡迎。

7 設計中可利用系統誤差的特點，使其相互抵消。本人提出的“定度標準負載的雙探針法”（計量院1965），就是通過變相位的兩次測量，消除接頭固有反射等幾項系統誤差。本人另一項工作（27所1985）指出：激光測厚儀（用于鋼廠熱軋生產線）的橫梁與立柱的溫度效應引入的測量誤差，是正負號相反、而量值近似相等的系統誤差。由此，橫梁立柱選用同一材料（鑄鐵），此項誤差可相互抵消。相同用途的美國產品，橫梁用石英，（立柱用鋼材）貴而又失去了系統誤差的抵消作用。

-

由上所述，把誤差分類為隨機誤差與系統誤差，是科學的，是很實用的。

-

（四）不確定度理論否定誤差分類

1 隔斷事物與事物性質的關系

不確定度否定誤差分類的前提，是把事物和事物的性質分開。這種觀點表現在對儀器不確定度的解釋上。說“儀器不確定度不是儀器的不確定度”。

2 否定誤差分類

不確定度論認為只有測量時的系統性作用與隨機性作用，沒有客觀的系統誤差與隨機誤差。

3 否定必然性，夸張隨機性。

確定的、必然的事件，是人類生存的基礎；什么都隨機，人就沒法活了。不可否認有隨機事件存在；但絕不能否定“確定性”是宇宙、世界、人生、計量的基礎。

-

（五）變性之路行不通

1 不確定度的分類，不按性質分類，所謂的A類評定、B類評定，是不確定度理論的一大敗筆。

2 不確定度理論按隨機誤差的合成辦法處理系統誤差的合成問題，而相關系數公式不能反映系統誤差的相關性，對待系統誤差，“方和根法”行不通。

3 把系統誤差說成是隨機的，硬性地把系統誤差變性為隨機誤差，是不確定度論的一個基本思想。

不確定度論的說法：用一臺儀器測量一個量，測量多次，某項誤差不變，說是系統誤差，但要用一百臺儀器同時測量此量，該項誤差就是隨機的。

史錦順認為，只是儀器數量大還不行，同一型號，可能此項誤差仍不是隨機的，要說它是隨機的，要加一個條件，就是用一百種不同原理的測量儀器測量，此項誤差才可能是隨機的。

人們測量，一種量肯定用一臺儀器測量。用多臺儀器測量同一量，是理論家的空想，不符合實際情況。至于能保證變性成功的用多種原理的測量儀器測量同一量，既無必要，也不可能。

-

不確定度理論力圖把系統誤差變成隨機誤差，這是一大難關。

總之，“變性關”難過。

-

   

您的這一觀點我基本贊成！

回復 2# 崔偉群


     謝謝先生的支持。我已老朽，又遠離我國的科學中心北京；先生不僅年富力強，且不僅在北京，又在國家計量院，令人羨慕。對我國的計量事業來說，我是心有余而力不足，作用有限；望先生能擔起革新計量理論的重任，在世界計量界豎起有中國特色的旗幟！

回復 3# 史錦順


   套用句老話：“家家有本難念的經”，都不容易，我對不確定度和誤差法的置信概率和置信區間進行了詳細的研究和數值模擬，有些結果有利于您的一些觀點，合適的時機我會貼出來。

與“隨機性”對應的是“規律性”，由此評判原有的“系統誤差”與“隨機誤差”的分類命名是沒有什么不妥，因為前者確實有一定的“規律”可以被人們所掌握，相對于后者確有應用、處理方面的明顯差別。

只是對于最終遺留于測量結果中的“系統誤差”分量，測量者（測量結果的提供者）真的是沒有完全掌握它的“規律”（或由于技術不濟，或由于成本不支,...)----它屬于‘不確定量’，這是認識主體（測量者）‘謙遜’的表述---不是被認識的對象沒有規律（隨機），是‘我’能力有限，沒有掌握其‘規律’，從而它對‘我’來說是‘不確定量’。

不過，現代技術科學的主流認識觀似乎就是這樣‘謙遜’的----世間萬態本是有規律的，就等我們不懈努力去掌握！ 不存在原本的‘隨機性’，所謂‘隨機’，只是人們認識能力所限的托辭而已。....于是，認識主體的“不確定性”與被認識對象的“隨機性”所指相同。

于是，最終遺留于測量結果中的“系統誤差”分量的‘隨機性’昭然！----- “系統誤差”與“隨機誤差”的分類可取（前者確有一定的‘規律性’，只是它也還有‘隨機性’），但命名宜適當調整（如可按‘自相關性’的對立差異命名？）

　　不確定度不分類是指不確定度自身不分類，不確定度就是某個區間的寬度（半寬），寬度就是寬度，是不分類的，無論不確定度的來源如何，大家都貢獻給真值存在的區間寬度。不確定度并不反對誤差分類，誤差按其性質進行分類的方法以及按此分類方法分為系統誤差、隨機誤差、粗大誤差是誤差理論早已確定了的事。

回復 6# 規矩灣錦苑


      1 分類是一個概念的必然現象，可以說不分類，就難以表達。JJF1001中就有標準不確定度與擴展不確定度；有儀器不確定度，有零的不確定度；評定有A類評定與B類評定，這不都是分類嗎？怎能說“不確定度不分類？”
      2 說“無論不確定度來源如何，大家都貢獻給真值存在的區間”，“不分來源”實際是籠統地一律當“隨機”處理，典型的作法是一律“方和根合成”，這是不確定度的最大敗筆。
      3 不確定度論只承認“作用”，而不承認“系統”與“隨機”這兩大本性，帶來許多根本性的問題。不確定度宣貫時甚至不許稱說“系統誤差”，怎能說“不反對誤差分類？”
      4 一些書籍已把原稱呼“粗大誤差”改稱“異常數據”，這個變化該接受啊！

回復 7# 史錦順

　　不確定度是個“寬度”，而且這個寬度都是指估計的被測量真值存在區間的半寬，因此不存在分類問題。標準不確定度與擴展不確定度的區別只是要不要將這個寬度擴展（放大），包含因子k＝1時的不確定度是標準不確定度，k＞1時的不確定度為擴展不確定度。這個k相當于保險系數，保險系數為1主要是為了計算統一標準和方便，用于測量工程保險系數一般就必須大于1，因此擴展不確定度就相當于保險系數必須大于1的實際測量工程的不確定度。
　　至于標準不確定度的合成也并不是一律是“方和根”合成，同樣要考慮各標準不確定度分量的相關性，其合成方法與誤差的合成方法相同。不過值得一提的是不確定度與誤差合成方法相同并不等于兩者是一回事，它們仍然是完全不同的兩個概念。
　　前面說了不確定度只是個寬度，引起不確定度分量的原因無論是隨機誤差還是系統誤差，帶來的結果都是影響被測量真值存在區間的估計寬度，不再有什么隨機寬度或系統寬度的說法，“寬度”不存在隨機的還是系統的，我們可以說隨機效應引起的不確定度和系統效應引起的不確定度。因此，不確定度并不反對誤差分成隨機誤差和系統誤差，反對的是將不確定度這個“半寬”分成隨機半寬和系統半寬。
　　我并不反對把原稱呼“粗大誤差”改稱“異常數據”，但我認為“粗大誤差”仍然是既不同于隨機誤差也不同于系統誤差的一個“誤差”種類。粗大誤差是必須消除的誤差，這個誤差由異常數據所造成，消除粗大誤差就必須剔除異常數據，因此異常數據是“因”，粗大誤差是“果”，因果相依，無因就無果，無果也沒因，“因”與“果”雖然相依但概念上還是不同。