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例题精讲 · 第 00821 题 · 先拟合,再算残差,最后用 3σ 判该不该剔

以自编示意 6 组 (x, y) 数据(末点异常)为材料,求全 6 点最小二乘斜率与截距、剔除异常点后的斜率,并用 3σ 判据验证剔除是否成立。

00821题号全 1000 篇 · 第 第137轮 / 第137册 轮
方向物理·实验六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 物理实验

一、考点定位与做题顺序

最小二乘斜率 k = (Σxy − n·x̄·ȳ)/Σ(x−x̄)²。异常点会把斜率整体抬高,判它该不该剔,不能凭「看着不顺眼」,要用剩余点的残差标准差 σ 与 3σ 比较:残差超过 3σ 才剔。

自编示意 6 组数据:(1, 2.10)、(2, 3.95)、(3, 6.20)、(4, 7.85)、(5, 10.05)、(6, 14.90),末点为示意异常值。数据为自编示意,不代表真实测量。

二、逐题精讲

题1

题1 求全 6 点的最小二乘斜率、截距与末点残差。

解析

Σx = 21、x̄ = 3.5;Σy = 45.05、ȳ = 7.5083;Σxy = 199.65;Σ(x−x̄)² = 17.5。分子 = 199.65 − 6×3.5×7.5083 = 41.975,故 k = 41.975/17.5 = 2.3986。

截距 b = ȳ − k·x̄ = 7.5083 − 8.3951 = 负 0.8868。末点预测值 = 2.3986×6 − 0.8868 = 13.505,实测 14.90,残差 1.395。

答案 k=2.3986、b=负 0.8868;末点残差 1.395。

采分点 四个求和量 2 分、斜率 2 分、截距 1 分、残差 1 分。

易错点 把 Σxy 直接当分子,漏减 n·x̄·ȳ;或把末点预测值按前 5 点的线算。

题2

题2 剔除末点后重拟合,并用 3σ 判据验证剔除是否成立。

解析

剩余 5 点:x̄ = 3、ȳ = 30.15/5 = 6.03,Σxy = 110.25,Σ(x−x̄)² = 10,分子 = 110.25 − 5×3×6.03 = 19.80,故 k′ = 1.98、b′ = 6.03 − 1.98×3 = 0.09。

5 点残差依次为 0.03、−0.10、0.17、−0.16、0.06,σ = √(0.069/3) = 0.1517,3σ = 0.455。末点残差 1.395 > 0.455,剔除成立。全拟合斜率 2.3986 比 1.98 偏高 21.1%,可见一个异常点足以把结论带偏。

答案 k′=1.98、b′=0.09;σ=0.1517、3σ=0.455,1.395>0.455 剔除成立,原斜率偏高 21.1%。

采分点 5 点重拟合 2 分、残差与 σ 2 分、3σ 判据 1 分、偏高 1 分。

易错点 用全 6 点的残差算 σ,把判据放宽到剔不掉异常点。

三、规律小结与对照表

步骤用到的量本题值结论
全 6 点拟合Σxy=199.65k=2.3986被抬高
末点残差14.90−13.5051.395偏大
剔后 5 点拟合Σxy=110.25k′=1.98作为正解
3σ 判据σ=0.15170.4551.395>0.455 成立

小结:先全拟合、再算残差、后用剩余点的 3σ 判据;异常点能把斜率抬高两成,剔前必须留痕。

四、自测清单

  • 能写出最小二乘斜率公式
  • 能算全 6 点的 k 与 b
  • 能算末点残差
  • 能重拟合 5 点
  • 能由残差求 σ 与 3σ
  • 能算异常点造成的偏高
编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(物理):欧姆挡中值电阻、分压带载、双缝插片、化曲为直、最小二乘剔除与多普勒测速相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(物理科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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联招物理·最小二乘斜率与 3σ 剔除:一个异常点能抬多少斜率
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