百分比误差计算器
结果
百分比误差(%)
- 相对误差(小数)
- 0.006116
- 绝对误差
- 0.060000
百分比误差计算器把一个测量值与一个公认值放在一起比,告诉你这次测量偏了多少。同一对数会给出三个读数:绝对误差,就是你填进去那两个单位下的普通差值;相对误差,是那个差值除以公认值,也是后续计算真正要用的形式;百分比误差,是同一个比率乘一百。测量值填 9.75、公认值填 9.81,面板给出 0.06、0.006116 与 0.6116%。百分比误差公式就是这一页的全部:两个数之差,除以公认值,再乘一百。有两个细节把正确的百分比误差与一个看着很像的错答案分开。第一个是分母放哪个数。公认值是参照物,所以由它来做除数——这一问问的是误差相对于真值有多大,而不是相对于读数有多大。把两者调换,测量值 50 对公认值 100 会给出 100% 而不是 50%,一个两倍的差错,而且不会有任何提示,因为两个数看起来都合理。第二个细节是三个读数都不带符号。误差是与参照物之间的距离,所以偏大 5% 与偏小 5% 给出同一个读数:测量值 1.05 对公认值 1,与测量值 0.95 对公认值 1,绝对误差都是 0.05,百分比误差都是 5%。这次测量往哪个方向偏,写在你填的两个数里,这一页把它留在那里,而不是替你定一套有一半读者不会同意的符号约定。两个数都收负数,因为零下的温度、相对于某个基准面的深度、带正负号的余额都是真实的测量,而测量值 −50 对公认值 −100 报出的百分比误差是 50%——与 50 对 100 是同一个相对距离。它不收的是公认值恰好为 0。这不是口味问题:把差值变成相对误差靠的就是除以参照物,而参照物为 0 就把那把尺子整个抽掉了,所以这一页报错,而不是返回一个无穷大。测量值为 0 则完全合法而且常见——本该测到东西却什么都没测到,就是百分之百的误差——这个失败是单向的:因为分母是公认值,出问题的是公认值为 0,而不是测量值为 0。结果保留六位小数(百分比四位),所以小于万分之一个百分点的差别会印成 0。
一个参照值、六次测量,以及不带符号的误差的对称性
| 测量值 | 绝对误差 | 百分比误差(%) |
|---|---|---|
| 1.05 | 0.05 | 5 |
| 1.02 | 0.02 | 2 |
| 1.01 | 0.01 | 1 |
| 0.99 | 0.01 | 1 |
| 0.98 | 0.02 | 2 |
| 0.95 | 0.05 | 5 |
每一行的公认值都是 1,所以绝对误差与百分比误差是同一个数,这张表读起来就是一组到同一个参照点的距离。最该看的是第二行与第五行:测量值 1.02 与测量值 0.98 朝相反方向偏得一样多,两者都报绝对误差 0.02、百分比误差 2%。这种对称就是这几个输出不带符号的意思——带符号的页面在这里会印 2 与 −2,而用测量值而不是参照值做除数的页面会为同样两行印出 1.96 与 2.04,两个都不是 2。参照值取 1 只是为了让算术一眼可见;它展示的这个关系对任何非零参照值都成立。
公式
绝对误差 = |测量值 − 公认值| 相对误差 = 绝对误差 ÷ |公认值| 百分比误差 = 相对误差 × 100
- 测量值
- 读数、实验结果、你得到的那个数——总之是被比较的那一个。它可以是负数,也可以是 0,那正是「本该测到却什么都没测到」的读数
- 公认值
- 用来评判这次测量的参照物:一个公布的常数、一个标准值、一个真值,或者被当作真值的第二次测量。它就是百分比误差公式的分母,所以它不能为 0
- 绝对误差
- 测量值减公认值,与输入同单位,报出来不带符号。它说明读数偏了多少,却不说明这个「多少」是大是小——0.06 对以千克计的质量很小,对以吨计的质量极大
- 相对误差
- 绝对误差除以公认值,是同一件事去掉量纲之后的版本:0.06 对 9.81 是 0.006116,约千分之六,与原来用什么单位无关
- 百分比误差
- 相对误差乘一百,也就是大多数实验报告与大多数搜索想问的那个数。它与相对误差是同一个量,不是对任何东西的第二次测量
三个读数回答的是同一次比较的三个不同问题。百分比误差是标题,也是大多数人要的:结果 4.9 对公认值 5 是偏了 2%,这句话谁都能据此行动,写进实验报告、校准单、公差说明都合适。相对误差是换算之前的同一个数,也是进入后续计算的形式——误差传递、不确定度预算,以及任何把两次测量合起来的公式,乘的都是相对误差而不是百分比,所以先换成百分比再换回来是绕路。绝对误差是唯一带单位的那个,也是最常被丢掉的那个:0.06 相对 9.81 这个目标告诉你这次测量没打中,但只有绝对误差告诉你没打中的是 0.06 克还是 0.06 千克。三种用法覆盖大多数场合。拿单次测量对一个标准,公认值是公布的,问题只是这次读数够不够近。比较两台仪器,同一个公认值对两台各算一次,百分比误差小的那台赢。以及拿模型对现实,公认值是一次观测,误差说明模型飘了多远——飘的方向在那两个输入里,尽管输出不显示它,所以需要方向时读你填的数,别读面板。
算例
测量值 9.75 对公认值 9.81
- 绝对误差:|9.75 − 9.81| = 0.06
- 相对误差:0.06 ÷ 9.81 = 0.006116
- 百分比误差:0.006116 × 100 = 0.6116
首屏那一组,也是三个输出为什么值得一起印的例子。绝对误差是 0.06——读数反过来 9.81 对 9.75 也是同一个数——而百分比误差是 0.6116,稳稳落在一个百分点的公差之内。听起来很小的绝对误差,相对于量本身可能很大,反过来也一样常见:0.06 对 9.81 的质量不算什么,对 0.07 的质量就是全部。
4.9 对公认值 5
- 绝对误差:|4.9 − 5| = 0.1
- 相对误差:0.1 ÷ 5 = 0.02
- 百分比误差:0.02 × 100 = 2
一个整齐的公认值加一次百分之二的偏差,多数公差检查就长这样。值得留意的是:整个算式从头到尾都不需要知道测量值是偏大还是偏小——5.1 对 5 给出的三个输出完全一样,因为误差是与参照物之间的距离,这一页就按距离报它。
50 对公认值 100——分母那一问
- 绝对误差:|50 − 100| = 50
- 相对误差:50 ÷ 100 = 0.5
- 百分比误差:0.5 × 100 = 50
这一组钉的是口径。除以公认值给 50%,而除以测量值会给 100%——两种数字在现实中都见得到,因为有些来源把百分比误差定义成相对于实验值。这一页让参照物做除数。如果你的课程或实验室用的是另一种定义,绝对误差不受影响,另外两个输出则是你需要的那个数的倒数关系。
两个负数:−50 对公认值 −100
- 绝对误差:|−50 − (−100)| = 50
- 相对误差:50 ÷ 100 = 0.5
- 百分比误差:0.5 × 100 = 50
两个输入都是负数,得到的还是刚才那个 50%——这一页量的是两个数之间的距离。减一个负数正是手算最容易出错的地方:−50 − (−100) 是 50,不是 −150。
局限
它只比较两个数,别的都不管。它不知道哪一个更权威,所以顺序填反了就会用一个错的分母算出错的答案,而且不会有任何抱怨——公认值就是标着公认值的那一格,算式相信这个标签。它不知道单位,所以判断不了绝对误差 0.06 是优秀还是没用;那个判断需要知道量是什么,这也是为什么通常值得引用的是百分比误差。它的输出按设计不带符号:这一页报的是误差的大小而不是方向,所以它没法用来说明测量偏高还是偏低——要看方向就自己读那两个输入。它用的是单一的参照值,并且假定这个参照值是精确的,这是大多数实验报告用起来很舒服的假定,也是真实的不确定度预算不接受的假定:当公认值本身带着不确定度时,诚实的比较是除以一个合成不确定度,而不是除以那个值本身。它有一处硬失败(公认值为 0)和一处软边界(测量值为 0,那是合法的百分之百误差,不是缺陷)。按参照物做除数的口径,这一页把 50 对 100 报成 50%;如果你的教材用的是测量值做分母,两个数会差一倍,而唯一不受影响的输出是绝对误差。结果保留六位小数(百分比四位),所以差别小于万分之一个百分点的比较会印成 0。
常见问题
- 百分比误差公式是什么?
- 测量值减公认值取绝对值,除以公认值,再乘一百。测量值 4.9 对公认值 5,差是 0.1,除以 5 得 0.02,乘一百就是 2%。取绝对值是为了让误差成为一段距离:偏大与偏小同样的量,给出同一个百分比误差。
- 分母该用公认值还是测量值?
- 用公认值——参照物才是误差的比较对象,这也是这一页采用的口径,也是相对误差的标准定义采用的口径。有些课程和实验手册用实验值做分母,那样测量值 50 对公认值 100 会给出 100% 而不是 50%。两种口径在这一例里差一倍,所以值得确认你的读者期待哪一种;绝对误差在两种口径下是同一个数。
- 百分比误差可以是负数吗?
- 这一页不会给出负数。它报的是误差的大小而不是方向,因为误差是与参照物之间的距离。测量值 1.05 对公认值 1,与测量值 0.95 对公认值 1,都给 5%。这次测量是偏高还是偏低,在你填的两个数里看得见,这一页把这个判断留给你,而不是套一套各个领域并不一致的符号约定。
- 绝对误差、相对误差与百分比误差有什么区别?
- 它们是同一个量写三遍。绝对误差是带测量单位的普通差值——比如 0.06 克——三个里只有它带单位。相对误差是那个差值除以公认值,因此去掉了量纲:不管原来用克、千克还是吨,都是 0.006116。百分比误差是相对误差乘一百,也就是 0.6116%。误差传递与不确定度预算用相对形式,报告与公差检查通常引用百分比形式。
- 百分比误差为 0 是什么意思?
- 意思是测量值与公认值是同一个数,三个输出全是 0。这是一个正确的结果,不是出错状态。真实的仪器很少给出真正的 0,所以真拿到 0,通常说明两格填了同一个数,或者读数在记录前就被舍入到了公认值的精度上。
- 公认值是 0 会怎么样?
- 这一页会报错,因为公认值是分母,而除以 0 没有答案。这不是一条随意的限制:参照物为 0 就等于把衡量误差的那把尺子抽走了,也就没有相对误差可报——绝对误差 0.06 对参照值 0 就是 0.06,而它是「什么的」多少分之一,不是一个有答案的问题。测量值为 0 是另一回事,而且完全合法:它相对一个非零的参照值就是百分之百的误差。
参考资料
- JCGM 200:2012, International Vocabulary of Metrology, entry 2.16(measurement error)——测量误差是被测量的量值减去参照量值,也正是这一页绝对误差实现的定义 — Joint Committee for Guides in Metrology, Bureau International des Poids et Mesures
- Relative Error — with the true value of the quantity in the denominator, the relative error is the absolute error divided by the true value — Wolfram MathWorld
- Percentage Error — the percentage error is 100 percent times the relative error — Wolfram MathWorld
- 教育部关于印发义务教育课程方案和课程标准(2022 年版)的通知——该通知的附件清单第 5 项是《义务教育数学课程标准(2022 年版)》;百分数与百分率是义务教育阶段数学课程的内容,课标的原文与学段划分以该附件为准 — 中华人民共和国教育部