Выборочное обследование

Создать выборку означает выбрать, кого опрашивать. Часто бывает невозможно и не нужно опрашивать всех членов целевого рынка, чтобы узнать мнение о том или ином вопросе, но важно опросить достаточное число людей нужного типа, чтобы полученные данные были вполне репрезентативными для рынка в целом.

Нахождение правильного состава респондентов имеет важное значение, поскольку исследователь пытается сделать выводы о целевом рынке в целом; во многих случаях при проведении обследования опрашивают мнение не более 100 респондентов, чтобы сделать выводы о потребителях, исчисляющихся миллионами. Это означает, что, когда наступит время анализа, небольшая ошибка в отборе выборки будет умножена многократно.

Рамочная выборка - это список респондентов, из которых исследователь хочет получить выборку. В некоторых случаях бывает, что такой список можно достать: например, если исследователь хочет выборочно обследовать мнение врачей, то он может получить список фамилий и адресов всех врачей страны. После этого будет относительно не сложно составить выборку из этого списка. Более вероятно, однако, что нужного исследователю списка взять негде, например списка людей, игравших в сквош (род упрощенного тенниса) за последние три месяца, которого, скорее всего, не существует. В таких случаях исследователю нужно составить репрезентативную выборку людей с требуемыми характеристиками. Это задание нередко бывает сложным .

В табл. 5.3 представлены некоторые методы создания выборки.

В последнее время наметился переход от использования вероятностных выборок к выборкам пропорциональным, при этом при создании выборок все шире применяются базы данных . Это вызвано тем, что пропорциональную выборку получить легче, полученные с ее помощью данные более надежны, а существование баз данных позволяет легко создавать выборки для почтовых опросов.

Таблица 5.8, Методы создания выборки

Метод	Описание	Преимущества	Недостатки
Случайная, или вероятностная, выборка	Каждый человек, входящий в население в целом, имеет одинаковые шансы быть включенным в выборку	Дает поперечный срез мнений населения	Почти невозможно достичь. Большинство так называемых "случайных" выборок имеют серьезные отклонения: например, выбор имен из телефонной книги может казаться случайным, но по сути в такую выборку будут включены только люди, имеющие телефон, и в нее не будут включены даже люди, просто не попавшие в справочник
Пропорциональная выборка	Сначала проводится анализ населения, часто с использованием данных переписи. Затем устанавливается квота для каждой категории (например, женщины в возрасте 35 лет, 20-летние мужчины, профессионалы среднего возраста), и интервьюерам велят придерживаться квот	Обеспечивает четкий поперечный срез мнений при условии правильного установления квот	Часто означает, что интервьюеры отметают респондентов из-за того, что они не подходят под квоты, и к концу дня интервьюеры нередко тратят много времени в поисках этого последнего "35-летнего работника физического труда с двумя детьми"
Стратифицированная выборка	Аналогична пропорциональной выборке в том смысле, что определяются широкие слои населения, но окончательный выбор респондента производится практически случайно	Менее расточительное отношение к респондентам, чем в случае пропорциональной выборки, больше гибкости для интервьюеров, а значит, такое обследование обходится дешевле	Точность ниже, чем в случае пропорциональной выборки

Техника интервью

При проведении опроса интервьюеру слишком просто "подвести" респондентов к "правильному" высказыванию. Иногда этому способствуют респонденты, сами задавая вопросы; хорошие интервьюеры избегают искушения вмешаться и помочь в этот момент.

Избежать этого можно, сказав, например: "Нам важно узнать именно ваше мнение. Что думаете вы?" или просто посмотрев вопросительно. Можно также порекомендовать заранее объяснить респондентам, что вы не сможете помочь им с ответами.

В случае использования фокус-групп или групповых глубинных интервью возникает проблема, связанная с необходимостью решить, следует ли продолжать ту или иную линию разговора или же оборвать ее. То, что на первый взгляд может показаться абсолютно не относящимся к делу отступлением от темы, может в конечном счете изменить направление дискуссии и позволить сделать какие-либо очень важные выводы; с другой стороны, если интервью превратится в общую болтовню, ничего полезного не получится. В некоторых случаях ведущий может просто спросить, как эта тема относится к предмету исследования. Иногда это позволяет получить быстрое объяснение связи или, в противном случае, быстро вернуться к теме обсуждения.

На практике группы, как правило, придерживаются обсуждаемой темы; отклонения случаются редко и длятся обычно недолго.

Источники систематических ошибок

Систематическая ошибка - это следствие воздействия, в результате которого та или иная внешняя сила делает обследование недостоверным.

Систематическая ошибка выборки

Это происходит, когда выборка является нерепрезентативной для изучаемого населения. Легко попасться в ловушку, думая, что выборка является репрезентативной, когда на самом деле она взята из маленькой популяции. Например, исследователь проводит опрос, допустим, на главной улице, останавливая каждого третьего посетителя магазинов. Это обследование не будет репрезентативным, поскольку оно включает лишь тех, кто пришел в этот день за покупками на главную улицу. Если такого рода обследование предпринято, к примеру, во вторник после полудня, в него может попасть в процентном отношении больше пенсионеров и безработных, чем присутствует во всем населении. Если аналогичное исследование будет проведено в субботу пополудни, то, скорее всего, в него не попадут спортивные болельщики.

Систематическая ошибка интервьюера

Это происходит, когда интервьюер хочет помочь респонденту ответить на вопрос. Интервьюеры, естественно, хотят пройти все вопросы анкеты с минимальными проблемами, к тому же они осознают, что у респондента есть чем заняться кроме того, чтобы отвечать на затруднительные или плохо сформулированные вопросы. Если интервьюер замечает, что респонденты проявляют отрицательную реакцию на некоторые вопросы, он может в будущем пропускать их и "угадывать" ответы. К сожалению, известно, что некоторые недобросовестные интервьюеры подделывают все ответы, если у них возникают трудности с нахождением достаточного количества респондентов для квоты .

Систематическая ошибка интервьюера может быть едва заметной; в не ограниченных временем интервью лицом к лицу "язык тела" интервьюера (выражение лица, жесты и пр.) может передать респонденту сигнал, который приведет к тому, что будет дан некий специфический ответ, или к тому, что часть информации не будет предоставлена.

Систематическая ошибка – это смягченное выражение, заменяющее слова «ошибка экспериментатора».

Систематические ошибки остаются, как правило, постоянными на протяжении всей серии опытов. Величина их может быть и известной, и неизвестной заранее. Например, курс шхуны «Пилигрим» содержал неизвестную Дику Сэнду, но известную Негоро систематическую ошибку.

Систематические погрешности могут быть обусловлены различными причинами:

· ограниченной точностью изготовления прибора (погрешностью прибора). Шкала линейки может быть нанесена неточно (неравномерно); взвешивание может производиться с помощью неточных гирь; положение нуля термометра может не соответствовать нулевой температуре; капилляр термометра может иметь разное сечение в разных участках шкалы; стрелка амперметра может не располагаться на нуле в отсутствие электрического тока через прибор;

· такие ошибки часто возникают из-за того, что реальная установка в чем-то отличается от идеальной, или условия эксперимента отличаются от предполагаемых теорией, а поправки на это несоответствие не делаются. Систематическая погрешность возникает при измерении массы, если не учитывается действие выталкивающей силы воздуха на взвешиваемое тело и на разновесы; при измерениях объема жидкости или газа, если не учитывается тепловое расширение; при калориметрических измерениях, если не учитывается теплообмен прибора с окружающей средой. Другими примерами эффектов, которыми может быть обусловлена обсуждаемая ошибка, являются термо-ЭДС в контактах, сопротивление подводящих проводов, «мертвое» время счетчиков частиц;

· систематические ошибки могут быть обусловлены также неправильным выбором метода измерений. Например, мы совершим такую ошибку, определяя плотность какого-то материала посредством измерений объема и веса образца, если этот образец содержит внутри пустоты, например, пузыри воздуха, попавшие туда при отливке;

· мы допускаем систематическую погрешность, округляя численную величину до какого-либо приближенного значения, например, полагая π = 3, π = 3.1, π = 3.14 и т. д. вместо π = 3.14159265…

При наличии скрытой систематической погрешности результат, приведенный с незначительной ошибкой, будет выглядеть вполне надежным, хотя на самом деле он является неверным.

Классическим примером может служить опыт Милликена по измерению элементарного электрического заряда e . В этом эксперименте требуется знать вязкость воздуха. Милликен взял заниженную величину вязкости и получил

e = (1.591 ± 0.002)∙10 - 19 Кл.

В настоящее же время принято значение

e = (1.60210 ± 0.00002)∙10 - 19 Кл.

Долгое время величины ряда других атомных констант, таких, как постоянная Планка и число Авогадро, базировались на значении элементарного электрического заряда e , полученном Милликеном, и, следовательно, содержали ошибку, превышающую 0.5 %.

Систематические ошибки не поддаются математическому анализу, и поэтому их нужно выявить и устранить . Если удается обнаружить причину и найти величину сдвига (например, вес вытесненного телом воздуха при точном взвешивании), то систематическую погрешность можно исключить введением поправки к измеренному значению. Однако общих рецептов и универсальных правил, позволяющих обнаружить систематические ошибки конкретного измерения, не существует Выявление, оценка и устранение таких ошибок требует опыта, догадки и интуиции экспериментатора. Нужно тщательно продумывать методику опытов и придирчиво выбирать аппаратуру. Иногда систематическую ошибку, обусловленную измерительным прибором, можно уменьшить, используя более точный прибор, желательно, другого типа. Наиболее действенный способ обнаружения систематических ошибок – это сравнение результатов измерений одной и той же величины, выполненных принципиально разными методами.

Случайная ошибка

Случайные ошибки проявляются в разбросе отсчетов при повторении измерений в одних и тех же доступных контролю условиях.

Величина случайных ошибок различна даже для измерений, выполненных одинаковым образом. Случайные ошибки происходят вследствие меняющихся от измерения к измерению неконтролируемых причин, действие которых неодинаково в каждом опыте и не всегда может быть учтено. Даже при взвешивании одними и теми же гирями мы, вообще говоря, будем получать разные значения веса. Источниками ошибок могут быть, например, колебания воздуха, воздействующие неодинаково на чашки весов; пылинка, осевшая на одну из чашек; нагревание одной половины коромысла от приближения руки взвешивающего; разное трение в правом и левом подвесах чашек и множество других причин, которые практически невозможно учесть. При измерениях периода колебаний маятника с помощью секундомера скажутся погрешности моментов пуска и остановки секундомера, ошибка в величине отсчета, небольшая неравномерность движения маятника вследствие трения. Случайные погрешности вызываются также сотрясениями здания. В опытах по измерению скорости радиоактивного распада ядер сама определяемая величина определена лишь статистически, как некоторое среднее значение, и флуктуации числа распадов в равные промежутки времени будут наблюдаться даже при идеально точной аппаратуре.

Проделав измерения и используя методы обработки, основанные на теории ошибок, можно дать оценку случайной ошибки и указать вероятность, с которой истинное значение измеряемой величины находится внутри некоторого доверительного интервала.

Случайную ошибку можно уменьшить путем многократного повторения измерений.

Промах

Следует особо выделить такой вид ошибок, как грубый просчет, или промах. Под промахом понимается ошибка, сделанная вследствие неверной записи показаний прибора, недосмотра экспериментатора, или вызванная неисправностями аппаратуры. Например, неправильно записанный отсчет, замыкание электрической цепи являются промахами, которых следует по возможности избегать.

В качестве примера промаха при взвешивании можно привести запись веса 100.20 г вместо 1000.20 г. При измерениях длины метровой линейкой промах может появиться, если один из концов измеряемого предмета окажется совмещенным не с нулевым делением линейки, а, скажем, с делением 10 см.

Если серия из небольшого числа измерений содержит грубую ошибку – промах, то наличие этого промаха может сильно исказить как среднее значение <x > измеряемой величины, так и погрешность измерения D.x . Поэтому такой промах необходимо исключить из окончательного результата. Обычно промах имеет значение, резко отличающееся от других данных. Иногда промах удается выявить, повторив измерение.

Для устранения промахов нужно соблюдать аккуратность и тщательность в работе и записи данных. Как правило, грубые ошибки могут быть обнаружены, поэтому результаты таких измерений следует отбрасывать.

Систематические и случайные ошибки.

Измеряя любую физическую величину с помощью прибора с конкретной ценой деления w, нам приходилось округлять результат до ближайшего целого деления или хотя бы до значения, соответствующего середине между соседними делениями. Погрешность, которую мы считали равной , можно назвать по сути ошибкой округления . Эта ошибка присутствует всегда и включается в общий класс систематических ошибок. Можно ли ее уменьшить? Конечно, можно взять более дорогой и точный прибор.

Кроме ошибки округления существует предельная ошибка прибора , связанная с неточностью изготовления шкалы на заводе. Неужели кто-то поверил, что интервал на шкале линейки действительно соответствует 1 мм? Конечно нет. Цена деления миллиметровой линейки приблизительно равна 1мм. И эта приблизительность выражается в предельной ошибке, прописанной в заводском паспорте прибора. Допускаемая предельная погрешность, например, для стальной линейки длиной 300 мм составляет мм. И чем длиннее линейка, тем больше приборная погрешность. Для упрощения обработки данных, мы будем учитывать только ошибку округления и пренебрежем приборной.

При измерении интервалов времени с помощью секундомеров вводится систематическая ошибка, которая связана с реакцией человека на нажатие кнопки. Один человек медлителен от природы и нажимает кнопку на секундомере позже начала процесса, второй наоборот – слишком рано. Медицинские исследования этого вопроса дают среднее значение абсолютной погрешности измеряемого интервала с при нажатии кнопки в начале и в конце процесса. Такую ошибку называют субъективной . Вот оно что! Тогда понятен большой разрыв между двумя одновременными измерениями падения кирпича (см. 2.2.1). Его можно объяснить разной реакцией у меня и у моего напарника.

А какие еще ошибки бывают, кроме систематических?

Для ответа на этот вопрос проведем (мысленно) лабораторную работу по измерению дальности полета маленького шарика, выпущенного пружинным пистолетом под углом a к горизонту. Будем стрелять раз, при этом шарик будет оставлять следы на бумаге (для этого нужно всего лишь положить копировальную бумагу поверх простого листа).

Рис.19. Схема эксперимента по измерению дальности полета шарика.

Проведем черту А перпендикулярно оси пистолета (рис.19), соответствующую начальной координате шарика. Параллельно линии А проведем линию В через одну из точек-следов. Измерим расстояние х i между ними и будем называть эту величину дальностью полета. Запишем пример таких измерений:

Таблица 3. Измерения дальности полета шарика с помощью линейки.

х i , мм

Почему же результаты отличаются, ведь используется каждый раз один и тот же пистолет и один и тот же шарик? Чтобы не было ветра, я закрыл окно, а разброс данных остался. Может дело в пружине? Заряжая пистолет, каждый раз пружина сжимается немного по-разному? Может шарик каждый раз немного меняет свою траекторию в стволе? А вот это я уже не смогу никак учесть! Сжатие пружины и траектория шарика совершенно случайные величины в этой установке. Таким образом, разброс данных можно объяснить случайностью, и поэтому вводится класс случайных величин, а с ними вместе и особый вид случайных ошибок .

Для обработки набора данных случайной величины вводится среднее значение

и среднеквадратичное отклонение от среднего

Используя данные из табл.3, получим

Если кто-то думает, что списав все цифры с калькулятора, можно получить более точный ответ, я напомню о цене деления линейки и о систематической погрешности округления. Никакого смысла нет тащить за собой цифры в разрядах дальше десятых, потому что ошибка округления мм. И вообще можно ввести жесткое требование к количеству знаков в числах при рассчетах. В промежуточных рассчетах надо оставлять на одну цифру больше, чем количество цифр в исходных данных. Последняя цифра будет запасной и поможет в конце измерений сделать грамотное округление конечного результата. Таким образом, достаточно ограничиться значением

Добавим к табл.3 еще одну строку, где запишем отклонение каждого значения от среднего , т.е.

Таблица 4. Измерения дальности полета шарика с помощью линейки.

х i , мм
Δx i =x i – , мм	– 26,6	10,4	– 8,6	– 0,6	31,4	2,4	– 28,6	20,4

Отклонения от среднего могут быть как положительные, так и отрицательные. Это и понятно: среднее значение всегда лежит где-то посередине набора значений , поэтому оно больше одних значений и меньше других. Для рассчета среднеквадратичного отклонения надо сложить квадраты отклонений и разделить на , не забыв потом взять квадратный корень из результата:

Оказывается, если проделать несколько таких серий по 8 выстрелов, то в каждой серии будет свое среднее значение дальности полета , а среднеквадратичное отклонение этих средних значений будет намного меньше, чем (для простоты будем считать, что среднеквадратичные отклонения в каждой серии равны друг другу) и равно

Cтраница 1

Причины систематических ошибок при определении точки эквивалентности рассматриваются в дальнейшем при описании отдельных методов объемного анализа. Для того чтобы уменьшить влияние случайных ошибок на результат, определение повторяют несколько раз.

Причиной систематических ошибок в спектральном анализе при правильной и аккуратной работе почти всегда являются эталоны. Эталон, не дающий систематической ошибки (назовем его идеальным эталоном), должен быть во всех отношениях тождественен с пробой, отличаясь от нее только содержанием анализируемого элемента. Легче всего приблизиться к идеальным эталонам при анализе растворов и газов. Обычно есть различия даже в химическом составе тех и других.

Исследованы причины систематических ошибок дифференциального фотоколориметрического определения фосфора. Установлено, что эти ошибки обусловлены недостаточно точным построением калибровочного графика и малым объемом отбираемой для анализа пробы.

Другими словами, причиной систематической ошибки является неисправность вычислительной машины. Обнаружение систематических ошибок и устранение причин, их порождающих, осуществляется персоналом, обслуживающим машину.

Возможна и такая ситуация, когда причина систематической ошибки известна, но невозможно установить ни ее величину, ни ее знак. Пусть, например, экспериментально сравнивается производительность двух измерительных установок. На каждой из них работает экспериментатор. Можно ли утверждать, что одна установка производительней, по результатам работы этих экспериментаторов, особенно если эти результаты отличаются не очень сильно. Очевидно, нет, так как кроме конструкции установок производительность зависит от экспериментаторов. Сделав по результатам эксперимента вывод, что производительность одной установки на столько-то процентов больше, чем другой, мы допустим ошибку, величину и знак которой невозможно установить. Если в рассмотренном примере экспериментаторы будут поочередно работать то на одной установке, то на другой, ошибка эксперимента будет меньше и сравнительные данные производительности установок - точнее.

Какие из указанных ниже факторов являются причиной систематической ошибки мерной колбы.

В аналитической химии это означает, что нужно выявить причины систематических ошибок (неверных данных) и устранить их, так как сами систематические ошибки нельзя устранить многократным повторением анализа, их можно при этом только выявить.

В то же время использование одного обкатывающегося ролика может стать причиной систематической ошибки.

Если же при проверке бюретки окажется, что в результате неправильного нанесения делений на ней объем 15 мл соответствует в действительности 14 9 мл, то это явится причиной систематической ошибки, которая будет повторяться во время всех работ с данной бюреткой.

Ошибки, совершаемые при измерениях, могут быть систематическими и случайными. Причины систематических ошибок (плохая регулировка приборов) могут быть вскрыты и устранены. Случайные ошибки порождаются большим количеством причин, контролировать которые экспериментатор не может. Учет этих ошибок производится статистическими методами.

Систематическая ошибка - это ошибка, вызываемая причинами, которыми могут быть неточность прибора, неверная его установка, индивидуальные особенности экспериментатора и др. Значение систематической ошибки при повторных опытах остается постоянным или изменяется по определенной закономерности. Поскольку причины систематических ошибок известны, их необходимо исключить. Грубые ошибки возникают вследствие нарушений основных условий измерения, неопытности исследователя. При обработке результатов измерений выявленные промахи в расчет не принимают.

Рассмотрим некоторые причины систематических ошибок в термометрии по сдвигу края поглощения.

Систематические ошибки - это ошибки, вызываемые известными причинами, или причины которых можно установить при детальном рассмотрении процедуры химического анализа. Другими словами, причины систематических ошибок значимы для аналитика. Однако, поскольку систематические ошибки, как правило, не единичны, общий результат анализа может содержать как положительную, так и отрицательную суммарную систематическую ошибку, причем величина ее может быть большой.