新概念测量理论之科普杂文系列分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yeses 传统测量理论歪曲了概率论概念,测量概念的辩论需要以纯正的概率论概念为基准。

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作为老师,你能做到揣着明白讲糊涂吗?

已有 1419 次阅读 2020-7-17 11:28 |系统分类:科研笔记

作为老师,你能做到揣着明白讲糊涂吗?

武汉大学 叶晓明

古语云,师徒父子。即便跪拜于山野,抑或薄酒于草堂,都将信守天伦,终生为誓。以我看来,为人之师,最大之辱莫过于徒儿被骂师娘所教。此乃职业伦理,无须拔高。但凡有为师者公然有违天伦,对徒儿行坑蒙诈骗之术,那自然是寻臭之道。

兹有测量行业,经典测量理论流传百年,但近年来被我掀底。如此一来,从事测量理论教学的老师们必将面临抉择。现仅以二个最简单的案例演示如下,见表1

1.

珠峰高程测量结果为:

x=8844.43m

其精度为:

σ(x)=0.21m

一直流电压的测量结果为:

x=5.0V

其不确定度为:

u(x)=0.1V

这是所有测量人都认同的表述方法,因为精度(精密度,测绘行业)和不确定度(非测绘行业)都是定义为测量结果的发散性含义。

现在,我把这二案例的表达修改为如表2

2.

珠峰高程测量结果为:

8844.43m

其精度为:

σ(8844.43m)=0.21m

一直流电压的测量结果为:

5.0V

其不确定度为:

u(5.0V)=0.1V

这时您一定会摇头,说这违背了最基本的数学概念,因为8844.435.0都是常数值,其方差(标准偏差)必须是0

您的说法的确是对的。但是,非常不幸,表1和表2的二种表述实际是等价的。不过是前者穿了个马甲x,而后者只是把马甲x给扯掉(等量代换)了:测量结果是8844.43m和5.0V,σ(8844.43m)u(5.0V)当然就是测量结果的发散性。——1和表2所表达的数学含义实际上完全一样。

就是说,表达式σ(x)=0.21mu(x)=0.1V实际分别是数值8844.435.0自己跟自己的发散性,当然违背了数学概念。不过是因为传统测量教科书和测量规范中测量结果(或观测值)都穿了一个马甲,使得人们一直没有认出测量结果发散性概念定义的本来面目。

一个看似很小的基本概念定义问题,其实隐含着一个最基本的数学概念问题:测量结果究竟是常量还是随机变量?显然,传统经典测量理论把测量结果——一个数值看作是随机变量实际是偷换了概念,这就触及到测量理论整个概念体系的基本逻辑架构了,基于这一偷换概念导致的其他概念(如误差分类概念等)当然都失去了逻辑根基。

前些时把这个议题的学术建议书发给了相关学术组织,同时该建议书的文本也完全公开http://blog.sciencenet.cn/blog-630565-1238932.html ,很多老师都看了,也都明白了要害点,网络上也有了积极的讨论,譬如:http://www.gfjl.org/forum.php?mod=viewthread&tid=219174&extra=page%3D1 ,真相已经大白于天下了。即,无论观测值还是测量结果,它们都是数值,根据纯正的概率论概念,数值属于常数,常数的数学期望是自身且方差是0;真正的随机变量是误差和真值这些未知量,正因为未知量无法赋予数值,才用概率值来描述其不确定性;不确定度是误差和真值的不确定度,而绝非测量结果的不确定度。如表3.

表3


测量结果x0

误差

真值xT

数学期望

x0

0

x0

方差

0

u2 ()

u2 ()

按照这一概念原理,表1和表2的正确表述是表4.

表4

珠峰高程测量结果为:

x=8844.43m

其精度为:

σx)=0.21m

一直流电压的测量结果为:

x=5.0V

其误差的不确定度为:

ux)=0.1V

现在,无论精度还是不确定度,传统经典理论中用于偷换概念的马甲已经被撕掉了,测量结果的发散性概念在课堂上就讲不下去了,无论测绘、仪器还是计量学科。那么,老师们该怎么办呢?还能继续用马甲障眼法去蒙蔽学生吗?能够揣着明白跟学生讲糊涂吗?这当然万万不可,请老师们慎之、慎之,故意误人子弟之事切不可为!退一步讲,如果有学生当堂要您对表1和表2作出解释,那您也就很尴尬了。所以,赶紧一起来研究新概念理论吧。

有话传来,说我言辞不该这么激烈,甚至有论文审稿意见也以此为拒稿理由(曾经想发一篇介绍新理论的中文稿),但我一直不明白究竟哪句话激烈了。传统理论有错误,应该纠正,这本来属于就事论事,又不针对个人,怎么叫激烈呢?要怎么样才算温柔呢?温柔了又能怎么样呢?学术研究本来就该有一个起码的严肃态度,一就是一,二就是二,错了就改,不服就辩,这本来就不是个问题。新理论的研究本来就是针对传统理论的错误而展开,目标就是要取代传统理论;如果不明确指出传统理论的错误要害,不是为了取而代之,那新理论的研究就没有了存在的意义。

想起了20年前指出某日本仪器设计有错误的事情,也是有中国专家最后纠缠于不该言辞激烈。……唉,激烈也好,温柔也罢,错误不都最终还是要改正吗?难道把错误说成其它就可以不用改了?难道还能揣着明白继续跟学生讲糊涂?一方面号召要创新,要搞原创研究,另一方面却找各种理由要保护传统、拒绝进步,这就是叶公好龙了。

这一研究一直备受阻扰。现在看来,即使在多篇SCI论文已经发表、证据道理清清白白的情况下,仍然有人试图背弃师徒伦理、继续采用教科书中的错误概念灌输学生,其动机和目的我不便猜测(当然不排除有些人实际就没搞懂测量理论和概率论是怎么回事)。但凭历史经验,几乎可以肯定,跟保守学术势力的斗争将旷日持久,或将超越学术争论的范畴。因为对于表1和表2所显示的概念性错误,传统经典测量理论根本无法为自己开脱,学术层面实际已经无论可争。


                                                                            2020 7 15 于武汉大学


附件(ppt讲解,下载后以只读模式打开播放):

测量误差理论的测量结果中心论-上.pptx

测量误差理论的测量结果中心论-下.pptx


这里也可下载:http://www.chinacehui.org/Blog/User123/363/Show.asp?/_articleid/14316.html 

 

延伸阅读:关于纠正测量平差理论中精度概念定义的学术建议书




http://wap.sciencenet.cn/blog-630565-1242400.html

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