如何让 Microsoft Excel 计算不确定度

即使在严格遵守操作规程并使用先进设备进行测试的情况下,大多数统计数据的精确性仍然存在疑问。幸运的是,Microsoft Excel 提供了一种强大的方法,通过样本的标准偏差来评估这种不确定性。

Excel 内置了各种统计公式,专门用于计算不确定度。本文将深入探讨如何计算算术平均值、标准差和标准误差。此外,我们还将演示如何在 Excel 图表中直观地展示这些不确定性。

为方便起见,我们将使用以下示例数据和相关公式进行演示。

如你所见,这份数据显示了五个人进行的某项测量或读数。由于存在五种不同的读数,因此我们无法确定其真实值。

计算算术平均值

当面对一系列不确定的数值时,计算平均值(即算术平均值)是获得合理估计值的有效方法。

在 Excel 中,使用 AVERAGE 函数可以轻松完成此操作。

针对上面的示例数据,我们可以使用以下公式。

=AVERAGE(B2:B6)

计算值的标准差

标准差函数能够显示你的数据相对于中心点(即我们在上一节中计算的平均值)的分布范围。

Excel 提供了多个标准差函数,以适应不同的用途。其中,最常用的两个函数是 STDEV.P 和 STDEV.S。

这两个函数都能计算标准偏差,但它们的区别在于:STDEV.P 针对的是整个数值总体,而 STDEV.S 则处理该总体中较小的样本。

在本例中,我们使用了数据集中的所有五个值,因此我们将使用 STDEV.P。

此函数的使用方法与 AVERAGE 函数类似。你可以使用以下公式来计算此数据样本的标准差。

=STDEV.P(B2:B6)

计算出的结果为 0.16。该数字表示每个测量值通常与平均值的偏离程度。

计算标准误差

在计算出标准偏差后,我们现在可以进一步计算标准误差。

标准误差的计算方法是将标准偏差除以测量次数的平方根。

以下公式将计算我们样本数据的标准误差。

=D5/SQRT(COUNT(B2:B6))

使用误差线在图表中呈现不确定性

Excel 允许你轻松地在图表中绘制标准偏差或不确定性范围。你可以通过添加误差线来实现这一点。

以下是一个柱状图,展示了来自样本数据集的五年人口测量数据。

选中图表后,点击“设计”选项卡,然后点击“添加图表元素”。

接下来,从可用的各种误差类型中选择。

你可以选择显示我们在前面计算出的标准误差或标准偏差值。此外,你还可以显示百分比误差变化,默认值为 5%。

在此示例中,我们选择显示百分比。

你还可以探索更多选项,以自定义误差线。

双击图表中的误差线,打开“设置误差线格式”窗格。如果尚未选择“误差线选项”类别,请选择它。

然后,你可以调整百分比、标准偏差值,甚至可以从统计公式生成的单元格中选择自定义值。

Excel 是统计分析和报告的理想工具。它提供了多种计算不确定性的方法,使你能够获得精确的结果。