貝塞爾公式為什么選擇自由度為N-1

由于貝塞爾公式計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)利用的是殘差Xi-X的平方和計(jì)算，對(duì)于n個(gè)樣本，其殘差之和為0，所以說對(duì)于n個(gè)數(shù)據(jù)，只有n-1個(gè)獨(dú)立殘差，所以自由度為n-1

總有人要求別人講得小學(xué)生都懂，我覺得是無理要求。你要真正弄懂，得自己查資料研究了。要讓別人講得小學(xué)能都能弄懂，那他起碼得給你把初中、高中、大學(xué)的語文、數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科講一遍，還要講得讓小學(xué)生懂，那真是有點(diǎn)難為人了！

在單位上，也有人是這樣，包括一些領(lǐng)導(dǎo)，總要讓別人把一些比如操作規(guī)程寫清楚，要讓一個(gè)外行看到就立即能照做。我說提這樣的要求的人首先就真是無知。一個(gè)外行都一看立馬就能照做，那還要?jiǎng)e人多年的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累干什么？人家再怎么寫清楚總也得涉及一些專業(yè)的東西吧，那專業(yè)方面內(nèi)涵是外行一看就能理解的？

作為應(yīng)用來講，如果你實(shí)在搞不懂為什么，那就只需要知道怎么做就行了。

有限次觀測(cè)點(diǎn)的最佳估計(jì)值，數(shù)學(xué)可以推導(dǎo)出來的

自由度是指計(jì)算殘差平方和時(shí)具有獨(dú)立項(xiàng)的個(gè)數(shù)。因?yàn)閚較大時(shí)，殘差和為零，因此n個(gè)殘差中任何一個(gè)殘差可以從另外n-1個(gè)殘差中推算出來，獨(dú)立的殘差項(xiàng)只有n-1個(gè)，也就是自由度為n-1。可理解為：被測(cè)量只有一個(gè)時(shí)，為估計(jì)被測(cè)量，只需測(cè)量一次，但為了提高測(cè)量的可信度而多測(cè)量了n-1次，多測(cè)的次數(shù)可以酌情規(guī)定，所以稱為自由度。由此可以推論，當(dāng)待測(cè)量為t個(gè)，測(cè)量次數(shù)為n時(shí)，則自由度為n-t；如果另有r個(gè)約束條件，則自由度為n-t-r。所以自由度通常情況下定義為“總和的項(xiàng)數(shù)減去總和中受約束的項(xiàng)數(shù)”。

因?yàn)橛?個(gè)約束的項(xiàng)數(shù),殘差和為零!!

因?yàn)橐蠼y(tǒng)計(jì)估計(jì)值是無偏的，從嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)中可以證明除（n-1）是無偏的，而除n無法滿足無偏性要求。

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，如果是對(duì)總體的估計(jì)則選擇n，對(duì)樣本的估計(jì)選擇n-1.在實(shí)際的應(yīng)用中，你很難得到總體，只能得到樣本，并用樣本去推算總體。

雖然看了一些資料，但是，這個(gè)真不懂，有誰能把它講得小學(xué)生都聽得懂嗎？

回復(fù) 3# lhy118


謝謝劉版，清楚一些了。

一直都是背公式，但是還真沒考慮這么多。。

推導(dǎo)過程小學(xué)生是看不懂的，高中沒問題，至少要初中生。

設(shè)xi為單次測(cè)量值，xav為平均值，x0為真值，

設(shè)di=xi-x0，vi=xi-xav，σ^2=[Σ(xi-x0)^2]/n=[Σdi^2]/n，

設(shè)dav=xi-xav=(Σdi)/n，則di=vi+dav，兩邊平方得到di^2=vi^2+2vi*dav+dav^2，

求和得到Σdi^2=Σvi^2+ndav^2+2Σvi*dav，

其中因?yàn)?/font>vi有正有負(fù)，n足夠大時(shí)2Σvi*dav=0，故有Σdi^2=Σvi^2+ndav^2。

對(duì)dav=xi-xav=(Σdi)/n兩邊平方，得到dav^2=(1/n^2)* Σdav^2+2Σdi*dj，

其中當(dāng)n足夠大時(shí)2Σdi*dj=0，則有dav^2=(1/n^2)* Σdav^2，

如此Σdi^2=Σvi^2+ndav^2=Σdi^2=Σvi^2+(Σdav^2)/n，

又σ^2= [Σdi^2]/n，則有nσ^2=Σvi^2+σ^2，故σ^2=Σvi^2/(n-1)= Σ(xi-xav)^2/(n-1)

比較粗糙，沒有上下標(biāo)，相信你能看懂。

殘差和為零是個(gè)約束條件

總有人要求別人講得小學(xué)生都懂，我覺得是無理要求。你要真正弄懂，得自己查資料研究了。要讓別人講得小學(xué)能 ...
文哥 發(fā)表于 2011-8-6 09:27

    其實(shí)有時(shí)候‘講的小學(xué)生都懂’也是很有必要的，因?yàn)橛械臅r(shí)候你認(rèn)為一個(gè)高中生、大專生、本科生，甚至于碩士生...都應(yīng)該很容易理解的東西，很有可能人家都會(huì)弄錯(cuò)。你認(rèn)為理所當(dāng)然，別人卻茫然無知，這個(gè)是存在的。當(dāng)然有寫東西很難說。。

目前也在學(xué)習(xí)中，覺得看到那么多公式有些力不從心，不過仍然會(huì)繼續(xù)努力把它都學(xué)懂的，一直沒深究，現(xiàn)在至少比以前好一點(diǎn)了！

回復(fù) 8# 文哥

支持您的這種觀點(diǎn)。

由于貝塞爾公式計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)利用的是殘差Xi-X的平方和計(jì)算，對(duì)于n個(gè)樣本，其殘差之和為0，所以說對(duì)于n ...
zhouguangxia 發(fā)表于 2011-6-23 15:36

為了通俗，以下內(nèi)容不一定完全正確，只是為了拋磚引玉：
自由度，顧名思義，數(shù)據(jù)的自由程度，從測(cè)量者的角度講，就是選擇數(shù)據(jù)自由的程度。
當(dāng)只有一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候，你沒有選擇的余地，所以自由度為0；
當(dāng)有兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候，從中你必須選擇其中一個(gè)，當(dāng)選定一個(gè)的時(shí)候，你只有一個(gè)機(jī)會(huì)選擇另外一個(gè)，所以自由度是1；
當(dāng)有n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候，從中你必須選擇其中一個(gè)，當(dāng)選定一個(gè)的時(shí)候，你只有n-1個(gè)機(jī)會(huì)選擇，所以自由度是n-1。

同理對(duì)于方差而言，自由度可以這樣理解
當(dāng)只有兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果你已經(jīng)知道平均值，則你任意自由選定一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，另一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)必然被確定，所以自由度是1；
當(dāng)有n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果你已經(jīng)知道平均值，則你任意自由選定n-1個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，另一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)也必然能夠被確定，所以自由度是n-1

關(guān)于這個(gè)為什么是N-1而不是N的問題，《現(xiàn)代數(shù)學(xué)手冊(cè)－隨機(jī)數(shù)學(xué)卷》（華中科技大學(xué)出版社）P54關(guān)于樣本方差定義時(shí)，就提到在該書2.2.1小節(jié)解釋，隨即在2.2.1小節(jié)即P62－P63頁間明確提到這是為了得到無偏估計(jì)。

若自由度為0的話，還能夠使用貝塞爾公式計(jì)算A類不確定度嗎

計(jì)量壇 發(fā)表于 2015-9-28 21:45
若自由度為0的話，還能夠使用貝塞爾公式計(jì)算A類不確定度嗎

　　自由度是自由獲得測(cè)得值的個(gè)數(shù)，因此每個(gè)測(cè)得值都應(yīng)該有一個(gè)自由度。但n次重復(fù)測(cè)量的n個(gè)測(cè)得值的總共n個(gè)自由度受到了“殘差和為零”這一個(gè)條件的約束，自由度也就少了一個(gè)，所以n次重復(fù)性測(cè)量的自由度為n－1。
　　“若自由度為0的話”就標(biāo)志著一個(gè)測(cè)得值都沒有產(chǎn)生，一次測(cè)量都沒有進(jìn)行，還哪里談的到不確定度的A類評(píng)定？只有在充分掌握輸入量信息的情況下，直接用掌握的信息評(píng)估不確定度，這就是不確定度的B類評(píng)定，此時(shí)只有傻子才去花錢、花時(shí)間、花精力搞什么A類評(píng)定。

規(guī)矩灣錦苑 發(fā)表于 2015-9-28 22:14
　　自由度是自由獲得測(cè)得值的個(gè)數(shù)，因此每個(gè)測(cè)得值都應(yīng)該有一個(gè)自由度。但n次重復(fù)測(cè)量的n個(gè)測(cè)得值的總共 ...

沒辦法，課程老師要求，費(fèi)時(shí)費(fèi)力也還是得做，重點(diǎn)還不懂什么是什么就要開工了。言歸正傳，照你的說法，一個(gè)數(shù)據(jù)是沒有辦法求得不確定度的A類評(píng)定對(duì)吧

計(jì)量壇 發(fā)表于 2015-9-28 22:19
沒辦法，課程老師要求，費(fèi)時(shí)費(fèi)力也還是得做，重點(diǎn)還不懂什么是什么就要開工了。言歸正傳，照你的說法，一 ...

　　一個(gè)數(shù)據(jù)有沒有辦法求得A類評(píng)定方法評(píng)估的不確定度，只需要讀一下JJF1059.1-2012的4.3.2條就一清二白了。該條款明確指出，“對(duì)被測(cè)量進(jìn)行獨(dú)立重復(fù)觀測(cè)”，“得到一系列測(cè)得值”是A類評(píng)定的前提條件，“一個(gè)數(shù)據(jù)”算不上“一系列”測(cè)得值，無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
　　作為一個(gè)練習(xí)或家庭作業(yè)，老師要求進(jìn)行一個(gè)Ａ類不確定度評(píng)定，無可厚非，學(xué)員應(yīng)該積極完成。但日常工作中，不問青紅皂白一律進(jìn)行了Ａ類評(píng)定再進(jìn)行Ｂ類評(píng)定，就違背了JJF1059.1關(guān)于不確定度分量評(píng)定既不重復(fù)也不遺漏的原則，就是錯(cuò)誤的評(píng)定方法了。

規(guī)矩灣錦苑 發(fā)表于 2015-9-28 23:12
　　一個(gè)數(shù)據(jù)有沒有辦法求得A類評(píng)定方法評(píng)估的不確定度，只需要讀一下JJF1059.1-2012的4.3.2條就一清二白 ...

謝謝，因?yàn)楝F(xiàn)在學(xué)習(xí)上課程知識(shí)沒有了以前的規(guī)律性，所以有點(diǎn)不適應(yīng)，你這么一解釋，感覺一下子豁然開朗了

文哥 發(fā)表于 2011-7-10 08:02
因?yàn)橐蠼y(tǒng)計(jì)估計(jì)值是無偏的，從嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)中可以證明除（n-1）是無偏的，而除n無法滿足無偏性要求。 ...

方差估計(jì)是無偏的，用貝塞爾公式估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差是有偏的。但方差估計(jì)的單位是被測(cè)量的平方，使用不方便，故采用貝塞爾公式。