一款基于VB的应用于逐差法的数据检验软件

张存华 王晨阳

摘    要：采用 Visual Basic 软件开发了一个配合逐差法使用的数据检验软件， 该软件应用最小二乘法原理，具有实验数据检验及数据处理等功能。使用该软件，为逐差法使用提供了方便。

关键词：逐差法;最小二乘法;数据检验;Visual Basic

中图分类号：G642.423               文獻标识码：A               文章编号：2095-7394（2018）06-0008-03

逐差法是一种常用的数据处理方法。一般在连续测量等间隔数据时，常把数据分成两组，逐次求差再算平均值，这样得到的结果就保持了多次测量的优点。逐差法物理思想明确，方法简单易懂，在一般情况下，其结果与最小二乘法处理相差不大，比作图法精确。因此，大学物理实验中被广泛使用。例如，迈克耳逊干涉仪、等厚干涉、杨氏模量、声速测量等。但应注意，不要忽视了逐差法的局限性，只有在连续测量的自变量为等间隔变化，相应两个因变量之差均匀的情况下，才可用逐差法处理数据。如果数据之间的变化不符合规律，从而导致假象的发生，即规律性被平均效果掩盖起来了。[1]所以，采用逐差法处理数据之前，对数据进行初步检验，分析数据的线性关系尤为重要。为此，我们制作了一个非常实用数据合理性分析的软件，对错误数据进行甄别，以确保数据的合理性。

1    问题的分析与讨论

1.1   问题提出

以声速测量实验为例，我们考察两组实验数据列在表1中。两组数据只有[Y2]和[Y7]位置数据不同。在温度和频率相同条件下，根据两组数据计算出的结果列在表2中。从计算结果来看，第2组数据明显优于第1组数据。仔细分析数据发现，第2组数据中第二个数据[Y2]=50.100mm，第七个数据[Y7]=72.100mm，这两个数据显然是不符合线性规律的，反而计算出了较好的结果，实验结果的规律性被平均效果掩盖起来了，这就是逐差法的局限性所在。

1.2   研究方法

为了解决上述矛盾，应用Visual Basic 开发工具制作了一个小型的数据分析检验软件[2-8]。该软件的设计思路是：首先，假定实验数据线性规律是合理的，利用最小二乘法拟合出一条直线[Y=kX+b] ，得到直线的斜率和截距和相关系数。然后，根据线性关系计算相应自变量对应的因变量在直线上的相应的坐标[Y'i]，即参考值。然后，计算原输入数据与参考值之间的差值[ΔY=Y'i-Yi]，根据实验精度要求设定差值允许范围，凡是超出允许范围的数据即显示数据不合理，同时，给出该点理论允许的参考值，供实验者分析比较。将检测出来的不合理数据修正为参考值后，重新对两组数据按原来的条件进行计算，计算的结果列在表3中。虽然，误差稍微变大了一点，但是相关系数由0.998 9变为了0.999 9，说明数据本身的线性关系更趋于合理了。从而，让实验者知道，该点测量值“应该”是多少，找到出错的原因，分析更正。2   软件使用实例

启动程序，弹出对话窗口，即进入数据输入界面，如图1的所示。在各文本框中按照提示依次输入实验数据，再点击“检验”按钮，系统就会自动在后台运行基于最小二乘法的计算结果：斜率、截距、相关系数等，在输出界面上输出数据检测结果。当输入的数据合理的，输出相关系数和“数据合理，可以计算”;当数据不合理时，指出具体哪个数据是不合理的，并给出该数据对应的可能值，即参考值。比如，当[Y2]不合理时，输出相关系数和“数据[Y2]不合理，参考值[Y2]=51.469”，如图2所示。如果多点数据不合理，则说明数据线性差，实验失败。如需修改个别数据，只需在输入文本框中直接修改该数据即可。如需要重新计算，点击“清空”，文本框内数据将被清空，再次输入，重新计算。如需输入的数据小于十组，只要输入数据后，相应的在“数据组数”文本框内录入相应的数字即可。在此基础上，也可以根据不同实验的具体的需要，计算出各自需要的实验结果。

3    结语

基于Visual Basic软件开发了一个配合逐差法数据处理的一个实用小工具，实现了对满足线性关系的数据的检验功能。应用本软件，在采用逐差法处理数据之前，对数据进行合理性检验，可以有效的避免逐差法因本身局限性而导致的不合理数据易被忽视的现象，同时，也能帮助实验者深入的分析产生不合理数据的原因，有利于深入理解实验内在的规律性、充分理解实验的本质。为计算机技术在数据处理上的应用提出了一种新的方法。

参考文献：

[1] 龚镇雄. 普通物理实验中的数据处理[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1985.

[2] 兰燕娜，李雅丽，薛同莲.基于VB的大学物理实验数据处理系统的设计与实现[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2011，27（5）：17-20.

[3] 杨会静，李童.用VB编写密立根油滴实验数据处理软件[J].唐山师范学院学报，2003，25（5）：28-30.

[4] 赵秀宏，宋晓丹.利用VB实现物理实验中最小二乘法的数据处理[J].鞍山师范学院学报2005，7（2）：26-28.

[5] 王礼，盖立平，紫英，等.VB 6.0在物理实验数据处理中的应用[J].数理医药学杂志，2010，23（3）：366—368.

[6] 代红权，陈海燕.基于Math lab的大学物理实验数据处理系统[J].重庆工学院学报，2007，21（5）：32-34.

[7] 言秋莉，李丹，唐玉梅.标准化、网络化的大学物理实验预习系统的实现[J].大学物理实验， 2011，24（5）：105-107.

[8]  张存华，孙少歌，韩苏阳，等. 基于VB的大学物理实验综合学习系统[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2013，29（6）：72-74.