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有效數字的處理

發布時間:2011/8/8 14:03:06 訪問次數:2931

    1.有效數字
    所謂有效數字,是指在測量數值中,從最左邊第一個非零數字開始至右邊最后一個數字為止所包含的所有數字。在記錄或計算數據時,確定用幾位數字來表示測量或數據運算的結果,是一個很重要的問題。測量結果包含誤差,說明它是一個近似數,其精度有一定限度,在記錄測量結果或進行數據運算時的取值多少,都應該以測量所能達到的精度為依據。不能認為蒞一個數據中,小數點后面位數越多,這個數據就越準確;也不能認為在計算測量結果中,保留的位數越多,準確度就越高。因為測量數據都是近似值,是用有效數字來表示的。有效數字的位數不僅表達了被測量的大小,也表達了測量的精度。
    例如,測得的信號電壓為0.0125V,它是由1、2、5這3個有效數字表示的,其左邊的兩個0不是有效數字,因為可以通過單位變換,將這個數字寫成12.5mV。其末位數字5,通常是在測量中估計出來的,因此稱它為欠準確數字,其左邊的各個有效數字是準確數字。準確數字和欠準確數字對測量結果都是必不可少的,它們都是有效數字。

    2.有效數字的正確表示方法
    (1)在有效數字中,應保留一個欠準確數字
    在記錄測量數據時,最后一位有效數字是欠準確數字,這樣記取的數字表明被測量可能在最后一位數字上變化±l單位。例如,用一個刻度為50分度(量程為50V)的電壓表,測得電壓為42.5V,則該電壓是用3位有效數字表示的,其中4和2是準確數字,而5則是欠準確數字,因為5是根據最小刻度估計出來的,它可能被估讀為4,也可能被估讀為6。所以,上述測量結果可以表示為(42.5±0.1)V。

    (2)欠準確數字中,要特別注意“0”的情況
    例如,測量某電阻值為23,400kΩ,表明前面2、3、4、0是準確數字,最后一位0是欠準確數字。如果寫成23.4kΩ,則表明2、3是準確數字,而4是欠準確數字。上述兩種數字的寫法,盡管表示的是同一數值,但實際上反映了不同的測量準確度。
    如果用aXl0”的形式來表示一個數據,可以從口含有幾個有效數字來確定近似數的有效位數。例如,2.3400x104Ω表示5位有效數字,而2,340xl04W則表示4位有效數字。

    (3)舍入規則
    對于很多的近似數,當有效位數確定以后,其后面的多余數字應該舍去。如果對于測定的或通過計算獲得的數據,只取,z位有效數字,那么第n+l位及其后的各位數字都應該舍去。而對于第n+l位數字應按下面的舍入規則進行處理。
    ①小于5舍去,即舍去部分的數值小于保留部分末位的半個單位,則末位不變。
    ②大于5進1,即舍去部分的數值大于保留部分末位的半個單位,則末位加1。
    ③等于5時取偶數,即舍去部分的數值等于保留部分末位的半個單位,則末位湊成偶數。當末位為偶數時,則末位不變;當末位為奇數時,則末位加1。
    例如,按上述舍入規則,將下面各個數據保留4位有效數宇進行湊整。

          
    必須指出,上述舍入規則的第3條明確規定,被舍去的數字不是見5就入,所以這種因為數字舍入而引起的誤差屬于隨機誤差。在大量運算時,其舍入誤差的均值趨于零,這就避免了過去所采用的四舍五入規則時,由于舍入誤差的積累而產生系統誤差。
    經過舍入處理后的近似數,中間的0和末位的0都是有效數字,不能隨意增加或刪減。多寫會放大測量的準確度,少寫則會放大誤差。但開頭的0不是有效數字,因為它們僅與選取的測量單位有關。

    1.有效數字
    所謂有效數字,是指在測量數值中,從最左邊第一個非零數字開始至右邊最后一個數字為止所包含的所有數字。在記錄或計算數據時,確定用幾位數字來表示測量或數據運算的結果,是一個很重要的問題。測量結果包含誤差,說明它是一個近似數,其精度有一定限度,在記錄測量結果或進行數據運算時的取值多少,都應該以測量所能達到的精度為依據。不能認為蒞一個數據中,小數點后面位數越多,這個數據就越準確;也不能認為在計算測量結果中,保留的位數越多,準確度就越高。因為測量數據都是近似值,是用有效數字來表示的。有效數字的位數不僅表達了被測量的大小,也表達了測量的精度。
    例如,測得的信號電壓為0.0125V,它是由1、2、5這3個有效數字表示的,其左邊的兩個0不是有效數字,因為可以通過單位變換,將這個數字寫成12.5mV。其末位數字5,通常是在測量中估計出來的,因此稱它為欠準確數字,其左邊的各個有效數字是準確數字。準確數字和欠準確數字對測量結果都是必不可少的,它們都是有效數字。

    2.有效數字的正確表示方法
    (1)在有效數字中,應保留一個欠準確數字
    在記錄測量數據時,最后一位有效數字是欠準確數字,這樣記取的數字表明被測量可能在最后一位數字上變化±l單位。例如,用一個刻度為50分度(量程為50V)的電壓表,測得電壓為42.5V,則該電壓是用3位有效數字表示的,其中4和2是準確數字,而5則是欠準確數字,因為5是根據最小刻度估計出來的,它可能被估讀為4,也可能被估讀為6。所以,上述測量結果可以表示為(42.5±0.1)V。

    (2)欠準確數字中,要特別注意“0”的情況
    例如,測量某電阻值為23,400kΩ,表明前面2、3、4、0是準確數字,最后一位0是欠準確數字。如果寫成23.4kΩ,則表明2、3是準確數字,而4是欠準確數字。上述兩種數字的寫法,盡管表示的是同一數值,但實際上反映了不同的測量準確度。
    如果用aXl0”的形式來表示一個數據,可以從口含有幾個有效數字來確定近似數的有效位數。例如,2.3400x104Ω表示5位有效數字,而2,340xl04W則表示4位有效數字。

    (3)舍入規則
    對于很多的近似數,當有效位數確定以后,其后面的多余數字應該舍去。如果對于測定的或通過計算獲得的數據,只取,z位有效數字,那么第n+l位及其后的各位數字都應該舍去。而對于第n+l位數字應按下面的舍入規則進行處理。
    ①小于5舍去,即舍去部分的數值小于保留部分末位的半個單位,則末位不變。
    ②大于5進1,即舍去部分的數值大于保留部分末位的半個單位,則末位加1。
    ③等于5時取偶數,即舍去部分的數值等于保留部分末位的半個單位,則末位湊成偶數。當末位為偶數時,則末位不變;當末位為奇數時,則末位加1。
    例如,按上述舍入規則,將下面各個數據保留4位有效數宇進行湊整。

          
    必須指出,上述舍入規則的第3條明確規定,被舍去的數字不是見5就入,所以這種因為數字舍入而引起的誤差屬于隨機誤差。在大量運算時,其舍入誤差的均值趨于零,這就避免了過去所采用的四舍五入規則時,由于舍入誤差的積累而產生系統誤差。
    經過舍入處理后的近似數,中間的0和末位的0都是有效數字,不能隨意增加或刪減。多寫會放大測量的準確度,少寫則會放大誤差。但開頭的0不是有效數字,因為它們僅與選取的測量單位有關。

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