通遼市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所 王 瑩 劉 佳 王 欣 劉 宇 王曉東

計(jì)量檢測(cè)中異常數(shù)據(jù)剔除的有效方法

通遼市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所 王 瑩 劉 佳 王 欣 劉 宇 王曉東

對(duì)于計(jì)量測(cè)量這項(xiàng)工作來(lái)說(shuō)，它對(duì)數(shù)據(jù)精確性的要求非常高，當(dāng)計(jì)量測(cè)量獲得的大量數(shù)據(jù)被通過(guò)以后，需要科學(xué)合理的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，從而有效剔除可能出現(xiàn)的異常信息，使數(shù)據(jù)的有效性和實(shí)踐性得到不斷提升。基于此，本文主要對(duì)計(jì)量檢測(cè)中異常數(shù)據(jù)剔除的有效方法進(jìn)行了探討。

計(jì)量測(cè)試；異常數(shù)據(jù)；剔除；有效方法

計(jì)量測(cè)量這項(xiàng)工作對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求非常高，當(dāng)計(jì)量測(cè)量獲得大量的數(shù)據(jù)以后，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理，發(fā)現(xiàn)并剔除其中的數(shù)據(jù)異常值，使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到不斷提升，進(jìn)而使相關(guān)活動(dòng)可以獲得科學(xué)、合理的參考信息。因此，下面將對(duì)計(jì)量測(cè)量中異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的各種原因進(jìn)行分析，獲得四種剔除異常數(shù)據(jù)的方法，這四種辦法各有特點(diǎn)，不僅可以進(jìn)行針對(duì)性使用，還可以綜合在一起使用，從而異常數(shù)劇被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除。

1 計(jì)量測(cè)試的作用

在日常的各類生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中都會(huì)涉及到計(jì)量測(cè)試工作，為了使各種數(shù)據(jù)的使用需求得到滿足，需要重新評(píng)估檢測(cè)儀器的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)認(rèn)真分析評(píng)估結(jié)果，從而使檢測(cè)儀器的狀態(tài)是否達(dá)到正常使用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的判定。檢測(cè)數(shù)據(jù)具有十分重要的意義，在對(duì)各環(huán)節(jié)半成品和最終成品的所有參數(shù)、生產(chǎn)技術(shù)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判的時(shí)候，需要以此為主要的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)也是提升產(chǎn)品質(zhì)量和指導(dǎo)技術(shù)變革和進(jìn)步的最為行之有效的辦法。要想讓人對(duì)數(shù)據(jù)信服，就要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)量，因此，要想對(duì)工藝流程進(jìn)行控制、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效改變是不可能得以實(shí)現(xiàn)的。

2 分析計(jì)量?jī)x器出現(xiàn)誤差的原因

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度上來(lái)說(shuō)，可疑數(shù)據(jù)主要是指在一組反復(fù)測(cè)量的數(shù)據(jù)里，個(gè)別數(shù)據(jù)與其他組數(shù)據(jù)存在著比較明顯差異?？梢蓴?shù)據(jù)的主要特征就是與組內(nèi)的其他數(shù)據(jù)有著比較明顯的不同，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)發(fā)生了改變，然而這種改變是不是發(fā)生在合理的范圍之內(nèi)，有待于進(jìn)行深層次的分析和研判，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效的確定。

計(jì)量?jī)x器隸屬于高精密儀器的范疇，對(duì)外界環(huán)境的要求非常高，如果外界環(huán)境出現(xiàn)了比較大的改變，就會(huì)使計(jì)量?jī)x器的精準(zhǔn)度受到影響，從而使檢測(cè)儀器的檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)一定范圍的誤差。造成計(jì)量?jī)x器出現(xiàn)誤差的原因主要有四點(diǎn)：第一，檢測(cè)儀器受到外界震動(dòng)或者是機(jī)械沖擊；第二，受電磁干擾和電網(wǎng)供電不穩(wěn)而使得檢測(cè)儀器正常工作受到影響；第三，檢測(cè)人員熟練程度不夠、工作經(jīng)驗(yàn)不足、主觀測(cè)量失誤以及工作疏忽導(dǎo)致的檢測(cè)誤差；第四，儀器內(nèi)部電子元件損壞、零件松動(dòng)等本身故障導(dǎo)致的檢測(cè)誤差。

異常值與合理值之間存在著很大的偏差，假如參與到判定過(guò)程和計(jì)算中，就會(huì)給測(cè)量結(jié)果造成巨大的影響，使人們的正確決策受到影響。所以一定要將異常值剔除掉，然而使用的剔除辦法不正確，就會(huì)給異常值消除造成嚴(yán)重的影響，易于導(dǎo)致測(cè)量重復(fù)性較好的假象出現(xiàn)，給數(shù)據(jù)真實(shí)性的判定帶來(lái)了嚴(yán)重的阻礙，使人們提升檢測(cè)儀器的等級(jí)被嚴(yán)重誤導(dǎo)。假如不剔除異常值，就會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性被降低，使檢測(cè)儀器的等級(jí)受到了嚴(yán)重的影響。綜上所述，只有使用正確的剔除方法，才能使最后的測(cè)量結(jié)果滿足人們的使用需求。

3 判定異常值的標(biāo)準(zhǔn)

在對(duì)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行計(jì)量的時(shí)候，經(jīng)常使用的異常值判定準(zhǔn)則有四種：第一，3Σ準(zhǔn)則；第二，t 檢驗(yàn)法；第三，肖維勒準(zhǔn)則；第四，格拉布斯準(zhǔn)則。上述的幾種準(zhǔn)則存在著一定的差別，在實(shí)際判斷的時(shí)候，置信概率會(huì)被使用到。置信概率主要是指“置信區(qū)間”高于隨機(jī)變量的概率，使用X來(lái)表示置信區(qū)間測(cè)量數(shù)據(jù)取值范圍，其表達(dá)式如下：

（1）3Σ準(zhǔn)則：

把測(cè)量的數(shù)據(jù)帶入到表達(dá)式中，與判定值相一致，可以將該測(cè)量結(jié)果判定為異常值，需要將其進(jìn)行剔除。

（2）t 檢驗(yàn)法

數(shù)據(jù)集合總體是指檢驗(yàn)方法為可疑數(shù)值 xi外的數(shù)值，將該數(shù)據(jù)集假設(shè)成一種正態(tài)分布模式，把可疑數(shù)值 xi當(dāng)做成樣本容量特殊總量，用1來(lái)表示。經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)總體進(jìn)行認(rèn)真比較，其結(jié)果顯示它們隸屬于相同的總體，得出的最終結(jié)論為，二者之間沒(méi)有比較明顯的不同，因此其統(tǒng)計(jì)量計(jì)算公式為：

（3）肖維勒準(zhǔn)則：

4 分析案例

通過(guò)對(duì)真實(shí)案例進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的分析，從而使異常值判定更加的科學(xué)、合理。例如，在對(duì)某組數(shù)據(jù)進(jìn)行精度測(cè)量以后，得出的數(shù)據(jù)值分別為10.347、10.343、10.321、10.313、10.231、10.229、10.221、10.219、10.205和10.003。使用上述的異常值判定法來(lái)進(jìn)行判定，從而使判定操作具有較強(qiáng)的針對(duì)性，最終得出的結(jié)論都是一樣的，異常值的最終判定值為10.346。其中，10.003-10. 347與比較接近，這也充分的體現(xiàn)出，在這樣的情況里使用格拉布斯準(zhǔn)則對(duì)異常值進(jìn)行判定的效果非常好，其準(zhǔn)確性也比較高。通過(guò)對(duì)這一案例的仔細(xì)判定，可以使異常值判定的思想得到較好的體現(xiàn)。首先設(shè)定好一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，假如該統(tǒng)計(jì)量正好處于規(guī)定的范圍之內(nèi)，則說(shuō)明這個(gè)統(tǒng)計(jì)量與正態(tài)分布比較吻合。反之，則表明統(tǒng)計(jì)量與正態(tài)分布不相吻合，說(shuō)明該數(shù)據(jù)值中有誤差存在。要想使異常值被準(zhǔn)確、快速的判斷出來(lái)，可以將數(shù)據(jù)按照從大到小的順序進(jìn)行排列，先對(duì)最小值和最大值進(jìn)行懷疑，假如這兩個(gè)極值不是異常值，那么其他的數(shù)值也不會(huì)成為異常值。在上面的四種判定準(zhǔn)則里，3Σ準(zhǔn)則是需要進(jìn)行查表的，其他的三種準(zhǔn)則不需要進(jìn)行查表，把計(jì)算值和參考值進(jìn)行認(rèn)真比較，分析3Σ準(zhǔn)則，從公式的角度來(lái)看，如果測(cè)量次數(shù)N比較大，它所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差σ就會(huì)比較小，此時(shí)3Σ準(zhǔn)則就會(huì)非常精準(zhǔn)。通過(guò)使用貝塞爾公式得出的標(biāo)準(zhǔn)差σ需要在公式中進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，測(cè)量次數(shù)N的最小值為10，假如測(cè)量的次數(shù)在50以上，那么使用3Σ準(zhǔn)則就會(huì)在最短的時(shí)間之內(nèi)將異常值測(cè)量出來(lái)。通過(guò)使用狄克遜準(zhǔn)則計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)，使用該準(zhǔn)則可以將多個(gè)異常值在一次測(cè)量中被全部剔除，因此在對(duì)多個(gè)異常值進(jìn)行判定的時(shí)候，可以使用該準(zhǔn)則進(jìn)行快速判定，從而使異常值判定的速度得到不斷加快，使其準(zhǔn)確性得到較好保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的時(shí)候，可以綜合使用上述的四種辦法，從而使測(cè)量的準(zhǔn)確性得到不斷提高，使誤判的現(xiàn)象得到有效控制。假如結(jié)論都是一樣的，將異常值剔除以后，會(huì)使測(cè)量的準(zhǔn)確性得到較大程度的提高。相反，假如判定的結(jié)果不一樣，就需要進(jìn)行認(rèn)真的分析和思考，使用其他的辦法重新進(jìn)行判定，直到數(shù)據(jù)信息達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)為止。

[1]王元明,熊偉.異常數(shù)據(jù)的檢測(cè)方法[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(02).

[2]吳展,蔡萍.一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2010(04).

[3]徐丹,王中禹.計(jì)量測(cè)試中異常數(shù)據(jù)剔除的措施[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(20).