水質(zhì)分析過程可疑數(shù)據(jù)的幾種處理方法及注意問題

閆鵬魏+張永亮

摘 要：在水質(zhì)分析時，經(jīng)常會存在一些可疑值，對可疑數(shù)據(jù)處理常用方法有：拉依達(dá)法、Dixon法、Grubbs法。文章對這三種方法的計算方法，使用條件，方法優(yōu)點(diǎn)以及多個可疑值出現(xiàn)時的處理問題做出探討。

關(guān)鍵詞：可疑值；3s法；Dixon法；Grubbs法

在水質(zhì)分析時，異常值可能是因?yàn)楦鞣N隨機(jī)誤差的影響，也有可能因?yàn)槠渌蛩亍梢芍档奶幚恚赏ㄟ^一些方法進(jìn)行統(tǒng)計檢測。本文列出了三種方法，下面對這三種方法分別做出討論。

1 拉依達(dá)法

由于該方法是以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為判別標(biāo)準(zhǔn)，所以亦稱3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差法，簡稱3S法。

適用條件：當(dāng)測量數(shù)據(jù)較多時，且成正態(tài)分布時可選用此方法。

檢驗(yàn)方法：檢測公式|x-xd|>3S （1）

x：樣本平均數(shù)xd：可疑數(shù)據(jù)S：樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，若xd滿足（1）式，則為離群值，應(yīng)舍去。

取3S的理由：根據(jù)隨機(jī)變量的正態(tài)分布規(guī)律，在多次試驗(yàn)中，測量值落在xd-3S與xd+3S之間的概率為99.73%，出現(xiàn)在此范圍之外的概率僅為0.27%，也就是在近400次試驗(yàn)中才能遇到一次，這種事件為小概率事件，出現(xiàn)的可能性很小，幾乎是不可能。因而在實(shí)際試驗(yàn)中，一旦出現(xiàn)，就認(rèn)為該測量數(shù)據(jù)是不可靠的，應(yīng)將其舍棄。

另外，當(dāng)測量值與平均值之差大于2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（即|x-xd|>2S）時，則該測量值應(yīng)保留，但需存疑。

方法優(yōu)點(diǎn)：拉依達(dá)法簡單方便，不需查表，但要求較寬，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較多或要求不高時可以應(yīng)用，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較少時（如n<10）在一組測量值中即使混有異常值，也無法舍棄。

2 Dixon法

適用條件：用于一組測量值的一致性檢驗(yàn)和剔除離群值，本法中最小可疑值和最大可疑值進(jìn)行檢驗(yàn)的公式因樣本的容量（n）不同而異。

檢驗(yàn)方法：（1）將一組數(shù)據(jù)從小大大排列為X1，X2，X3，…，Xn，X1和Xn分別為最小和最大可疑值；（2）按下表1求Q值。（3）通過顯著性水平以及n值，查出Q值。若Q≤Q0.05，則可疑值為正常值；若Q0.05Q0.01，則可疑值為離群值。

方法優(yōu)點(diǎn)：相對比較嚴(yán)密，對一組數(shù)據(jù)中只有一個可疑值存在時較為適用。

注意問題：用該方法剔除一個可疑值時，若剩余數(shù)據(jù)還有可疑值存在，經(jīng)過檢驗(yàn)又被剔除，則說明該方法對此組數(shù)據(jù)檢驗(yàn)存在誤差，不能再使用此方法，可使用Grubbs法。

表1 Dixon檢驗(yàn)法計算公式和臨界值Qn表樣本數(shù)n 統(tǒng)計計算公式 顯著性水平（α）

檢驗(yàn)最小異常值 檢驗(yàn)最大異常值 0.10 0.05 0.01

3 Q Q 0.886 0.941 0.988

4 0.679 0.765 0.889

5 0.557 0.642 0.780

6 0.482 0.560 0.698

7 0.434 0.507 0.637

8 Q Q 0.579 0.554 0.683

9 0.441 0.512 0.635

10 0.409 0.447 0.597

11 Q Q 0.517 0.576 0.679

12 0.490 0.546 0.642

13 0.467 0.521 0.615

14 Q Q 0.492 0.546 0.641

15 0.472 0.525 0.616

20 0.401 0.450 0.535

25 0.360 0.406 0.489

3 Grubbs法

使用條件：用于多組測量值均值的一致性和剔除多組測量值中的離群均值，也可以用于檢驗(yàn)一組測量值的一致性和剔除一組測量值中的離群值。

檢測方法：對L組測量值，將每組n個測量值的均值記為x1

計算所有均值的總均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差

若可疑值為最小值x1，則T=，若可疑值為最大值為x1，則T=。根據(jù)T值和L值對比臨界值表： 若T≤T0.05，為正常均值；若T0.05

表2 Grubbs檢驗(yàn)臨界值（Ta）表

L 顯著性水平α L 顯著性水平α L 顯著性水平α

0.05 0.01 0.05 0.01 0.05 0.01

3 1.153 1.115 11 2.234 2.485 19 2.532 2.854

4 1.463 1.492 12 2.258 2.050 20 2.557 2.884

5 1.672 1.749 13 2.331 2.607 21 2.580 2.912

6 1.822 1.944 14 2.371 2.695 22 2.603 2.939

7 1.938 2.097 15 2.409 2.705 23 2.624 2.963

8 2.032 2.221 16 2.443 2.747 24 2.644 2.987

9 2.110 2.322 17 2.475 2.785 25 2.663 3.009

10 2.176 2.410 18 2.504 2.821

方法優(yōu)點(diǎn)：較Dixon法更為嚴(yán)密，能對一組數(shù)據(jù)中多個可疑值進(jìn)行檢測，可進(jìn)行多次可疑數(shù)據(jù)的剔除，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度。

注意問題：當(dāng)可疑數(shù)據(jù)有兩個或兩個以上時，且均勻分布在同一側(cè)（即為x1，x2或xL-1，xL） 此時在檢測時，要先檢測靠近的可疑值（即為x2或xL-1），然后通過計算T= 來檢驗(yàn)x2是否舍去，若x2離群，則x1必然離群，應(yīng)當(dāng)注意的是此時總均值=，不包括x2。同理檢驗(yàn)xL-1，即T=，此時=，然后對照T值表，檢驗(yàn)xL-1是否離群，若xL-1離群，則xL必然離群。當(dāng)可疑數(shù)據(jù)在總均值兩側(cè)時，要先檢驗(yàn)離均值遠(yuǎn)的可以數(shù)據(jù)，若剔除了一個數(shù)據(jù)，在檢驗(yàn)下一個時，此時總均值的求解為剩余L-1個均值的算術(shù)平均值。

通過這三種方法，我們可以在水質(zhì)分析數(shù)據(jù)處理過程中提高我們檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，從而相對客觀的反映水質(zhì)情況，為水質(zhì)鑒定，水污染防治提供可信資料。

參考文獻(xiàn)

[1] 奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 劉國華，呂曉柯，石晨，劉曉蕾，王鵬.初速數(shù)據(jù)判別方法研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報， 2013（3）：01-0008-03.

[3] 華東理工大學(xué)分析化學(xué)教研組，四川大學(xué)工科化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基地編.分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009，7.

作者簡介：閆鵬魏（1991- ），男，漢族，河南項城人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生；張永亮（1991- ），男，漢族，河南長垣人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生。

摘 要：在水質(zhì)分析時，經(jīng)常會存在一些可疑值，對可疑數(shù)據(jù)處理常用方法有：拉依達(dá)法、Dixon法、Grubbs法。文章對這三種方法的計算方法，使用條件，方法優(yōu)點(diǎn)以及多個可疑值出現(xiàn)時的處理問題做出探討。

關(guān)鍵詞：可疑值；3s法；Dixon法；Grubbs法

在水質(zhì)分析時，異常值可能是因?yàn)楦鞣N隨機(jī)誤差的影響，也有可能因?yàn)槠渌蛩?。對可疑值的處理，可通過一些方法進(jìn)行統(tǒng)計檢測。本文列出了三種方法，下面對這三種方法分別做出討論。

1 拉依達(dá)法

由于該方法是以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為判別標(biāo)準(zhǔn)，所以亦稱3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差法，簡稱3S法。

適用條件：當(dāng)測量數(shù)據(jù)較多時，且成正態(tài)分布時可選用此方法。

檢驗(yàn)方法：檢測公式|x-xd|>3S （1）

x：樣本平均數(shù)xd：可疑數(shù)據(jù)S：樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，若xd滿足（1）式，則為離群值，應(yīng)舍去。

取3S的理由：根據(jù)隨機(jī)變量的正態(tài)分布規(guī)律，在多次試驗(yàn)中，測量值落在xd-3S與xd+3S之間的概率為99.73%，出現(xiàn)在此范圍之外的概率僅為0.27%，也就是在近400次試驗(yàn)中才能遇到一次，這種事件為小概率事件，出現(xiàn)的可能性很小，幾乎是不可能。因而在實(shí)際試驗(yàn)中，一旦出現(xiàn)，就認(rèn)為該測量數(shù)據(jù)是不可靠的，應(yīng)將其舍棄。

另外，當(dāng)測量值與平均值之差大于2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（即|x-xd|>2S）時，則該測量值應(yīng)保留，但需存疑。

方法優(yōu)點(diǎn)：拉依達(dá)法簡單方便，不需查表，但要求較寬，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較多或要求不高時可以應(yīng)用，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較少時（如n<10）在一組測量值中即使混有異常值，也無法舍棄。

2 Dixon法

適用條件：用于一組測量值的一致性檢驗(yàn)和剔除離群值，本法中最小可疑值和最大可疑值進(jìn)行檢驗(yàn)的公式因樣本的容量（n）不同而異。

檢驗(yàn)方法：（1）將一組數(shù)據(jù)從小大大排列為X1，X2，X3，…，Xn，X1和Xn分別為最小和最大可疑值；（2）按下表1求Q值。（3）通過顯著性水平以及n值，查出Q值。若Q≤Q0.05，則可疑值為正常值；若Q0.05Q0.01，則可疑值為離群值。

方法優(yōu)點(diǎn)：相對比較嚴(yán)密，對一組數(shù)據(jù)中只有一個可疑值存在時較為適用。

注意問題：用該方法剔除一個可疑值時，若剩余數(shù)據(jù)還有可疑值存在，經(jīng)過檢驗(yàn)又被剔除，則說明該方法對此組數(shù)據(jù)檢驗(yàn)存在誤差，不能再使用此方法，可使用Grubbs法。

表1 Dixon檢驗(yàn)法計算公式和臨界值Qn表樣本數(shù)n 統(tǒng)計計算公式 顯著性水平（α）

檢驗(yàn)最小異常值 檢驗(yàn)最大異常值 0.10 0.05 0.01

3 Q Q 0.886 0.941 0.988

4 0.679 0.765 0.889

5 0.557 0.642 0.780

6 0.482 0.560 0.698

7 0.434 0.507 0.637

8 Q Q 0.579 0.554 0.683

9 0.441 0.512 0.635

10 0.409 0.447 0.597

11 Q Q 0.517 0.576 0.679

12 0.490 0.546 0.642

13 0.467 0.521 0.615

14 Q Q 0.492 0.546 0.641

15 0.472 0.525 0.616

20 0.401 0.450 0.535

25 0.360 0.406 0.489

3 Grubbs法

使用條件：用于多組測量值均值的一致性和剔除多組測量值中的離群均值，也可以用于檢驗(yàn)一組測量值的一致性和剔除一組測量值中的離群值。

檢測方法：對L組測量值，將每組n個測量值的均值記為x1

計算所有均值的總均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差

若可疑值為最小值x1，則T=，若可疑值為最大值為x1，則T=。根據(jù)T值和L值對比臨界值表： 若T≤T0.05，為正常均值；若T0.05

表2 Grubbs檢驗(yàn)臨界值（Ta）表

L 顯著性水平α L 顯著性水平α L 顯著性水平α

0.05 0.01 0.05 0.01 0.05 0.01

3 1.153 1.115 11 2.234 2.485 19 2.532 2.854

4 1.463 1.492 12 2.258 2.050 20 2.557 2.884

5 1.672 1.749 13 2.331 2.607 21 2.580 2.912

6 1.822 1.944 14 2.371 2.695 22 2.603 2.939

7 1.938 2.097 15 2.409 2.705 23 2.624 2.963

8 2.032 2.221 16 2.443 2.747 24 2.644 2.987

9 2.110 2.322 17 2.475 2.785 25 2.663 3.009

10 2.176 2.410 18 2.504 2.821

方法優(yōu)點(diǎn)：較Dixon法更為嚴(yán)密，能對一組數(shù)據(jù)中多個可疑值進(jìn)行檢測，可進(jìn)行多次可疑數(shù)據(jù)的剔除，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度。

注意問題：當(dāng)可疑數(shù)據(jù)有兩個或兩個以上時，且均勻分布在同一側(cè)（即為x1，x2或xL-1，xL） 此時在檢測時，要先檢測靠近的可疑值（即為x2或xL-1），然后通過計算T= 來檢驗(yàn)x2是否舍去，若x2離群，則x1必然離群，應(yīng)當(dāng)注意的是此時總均值=，不包括x2。同理檢驗(yàn)xL-1，即T=，此時=，然后對照T值表，檢驗(yàn)xL-1是否離群，若xL-1離群，則xL必然離群。當(dāng)可疑數(shù)據(jù)在總均值兩側(cè)時，要先檢驗(yàn)離均值遠(yuǎn)的可以數(shù)據(jù)，若剔除了一個數(shù)據(jù)，在檢驗(yàn)下一個時，此時總均值的求解為剩余L-1個均值的算術(shù)平均值。

通過這三種方法，我們可以在水質(zhì)分析數(shù)據(jù)處理過程中提高我們檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，從而相對客觀的反映水質(zhì)情況，為水質(zhì)鑒定，水污染防治提供可信資料。

參考文獻(xiàn)

[1] 奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 劉國華，呂曉柯，石晨，劉曉蕾，王鵬.初速數(shù)據(jù)判別方法研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報， 2013（3）：01-0008-03.

[3] 華東理工大學(xué)分析化學(xué)教研組，四川大學(xué)工科化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基地編.分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009，7.

作者簡介：閆鵬魏（1991- ），男，漢族，河南項城人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生；張永亮（1991- ），男，漢族，河南長垣人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生。

摘 要：在水質(zhì)分析時，經(jīng)常會存在一些可疑值，對可疑數(shù)據(jù)處理常用方法有：拉依達(dá)法、Dixon法、Grubbs法。文章對這三種方法的計算方法，使用條件，方法優(yōu)點(diǎn)以及多個可疑值出現(xiàn)時的處理問題做出探討。

關(guān)鍵詞：可疑值；3s法；Dixon法；Grubbs法

在水質(zhì)分析時，異常值可能是因?yàn)楦鞣N隨機(jī)誤差的影響，也有可能因?yàn)槠渌蛩?。對可疑值的處理，可通過一些方法進(jìn)行統(tǒng)計檢測。本文列出了三種方法，下面對這三種方法分別做出討論。

1 拉依達(dá)法

由于該方法是以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為判別標(biāo)準(zhǔn)，所以亦稱3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差法，簡稱3S法。

適用條件：當(dāng)測量數(shù)據(jù)較多時，且成正態(tài)分布時可選用此方法。

檢驗(yàn)方法：檢測公式|x-xd|>3S （1）

x：樣本平均數(shù)xd：可疑數(shù)據(jù)S：樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差，若xd滿足（1）式，則為離群值，應(yīng)舍去。

取3S的理由：根據(jù)隨機(jī)變量的正態(tài)分布規(guī)律，在多次試驗(yàn)中，測量值落在xd-3S與xd+3S之間的概率為99.73%，出現(xiàn)在此范圍之外的概率僅為0.27%，也就是在近400次試驗(yàn)中才能遇到一次，這種事件為小概率事件，出現(xiàn)的可能性很小，幾乎是不可能。因而在實(shí)際試驗(yàn)中，一旦出現(xiàn)，就認(rèn)為該測量數(shù)據(jù)是不可靠的，應(yīng)將其舍棄。

另外，當(dāng)測量值與平均值之差大于2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（即|x-xd|>2S）時，則該測量值應(yīng)保留，但需存疑。

方法優(yōu)點(diǎn)：拉依達(dá)法簡單方便，不需查表，但要求較寬，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較多或要求不高時可以應(yīng)用，當(dāng)試驗(yàn)檢測次數(shù)較少時（如n<10）在一組測量值中即使混有異常值，也無法舍棄。

2 Dixon法

適用條件：用于一組測量值的一致性檢驗(yàn)和剔除離群值，本法中最小可疑值和最大可疑值進(jìn)行檢驗(yàn)的公式因樣本的容量（n）不同而異。

檢驗(yàn)方法：（1）將一組數(shù)據(jù)從小大大排列為X1，X2，X3，…，Xn，X1和Xn分別為最小和最大可疑值；（2）按下表1求Q值。（3）通過顯著性水平以及n值，查出Q值。若Q≤Q0.05，則可疑值為正常值；若Q0.05Q0.01，則可疑值為離群值。

方法優(yōu)點(diǎn)：相對比較嚴(yán)密，對一組數(shù)據(jù)中只有一個可疑值存在時較為適用。

注意問題：用該方法剔除一個可疑值時，若剩余數(shù)據(jù)還有可疑值存在，經(jīng)過檢驗(yàn)又被剔除，則說明該方法對此組數(shù)據(jù)檢驗(yàn)存在誤差，不能再使用此方法，可使用Grubbs法。

表1 Dixon檢驗(yàn)法計算公式和臨界值Qn表樣本數(shù)n 統(tǒng)計計算公式 顯著性水平（α）

檢驗(yàn)最小異常值 檢驗(yàn)最大異常值 0.10 0.05 0.01

3 Q Q 0.886 0.941 0.988

4 0.679 0.765 0.889

5 0.557 0.642 0.780

6 0.482 0.560 0.698

7 0.434 0.507 0.637

8 Q Q 0.579 0.554 0.683

9 0.441 0.512 0.635

10 0.409 0.447 0.597

11 Q Q 0.517 0.576 0.679

12 0.490 0.546 0.642

13 0.467 0.521 0.615

14 Q Q 0.492 0.546 0.641

15 0.472 0.525 0.616

20 0.401 0.450 0.535

25 0.360 0.406 0.489

3 Grubbs法

使用條件：用于多組測量值均值的一致性和剔除多組測量值中的離群均值，也可以用于檢驗(yàn)一組測量值的一致性和剔除一組測量值中的離群值。

檢測方法：對L組測量值，將每組n個測量值的均值記為x1

計算所有均值的總均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差

若可疑值為最小值x1，則T=，若可疑值為最大值為x1，則T=。根據(jù)T值和L值對比臨界值表： 若T≤T0.05，為正常均值；若T0.05

表2 Grubbs檢驗(yàn)臨界值（Ta）表

L 顯著性水平α L 顯著性水平α L 顯著性水平α

0.05 0.01 0.05 0.01 0.05 0.01

3 1.153 1.115 11 2.234 2.485 19 2.532 2.854

4 1.463 1.492 12 2.258 2.050 20 2.557 2.884

5 1.672 1.749 13 2.331 2.607 21 2.580 2.912

6 1.822 1.944 14 2.371 2.695 22 2.603 2.939

7 1.938 2.097 15 2.409 2.705 23 2.624 2.963

8 2.032 2.221 16 2.443 2.747 24 2.644 2.987

9 2.110 2.322 17 2.475 2.785 25 2.663 3.009

10 2.176 2.410 18 2.504 2.821

方法優(yōu)點(diǎn)：較Dixon法更為嚴(yán)密，能對一組數(shù)據(jù)中多個可疑值進(jìn)行檢測，可進(jìn)行多次可疑數(shù)據(jù)的剔除，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度。

注意問題：當(dāng)可疑數(shù)據(jù)有兩個或兩個以上時，且均勻分布在同一側(cè)（即為x1，x2或xL-1，xL） 此時在檢測時，要先檢測靠近的可疑值（即為x2或xL-1），然后通過計算T= 來檢驗(yàn)x2是否舍去，若x2離群，則x1必然離群，應(yīng)當(dāng)注意的是此時總均值=，不包括x2。同理檢驗(yàn)xL-1，即T=，此時=，然后對照T值表，檢驗(yàn)xL-1是否離群，若xL-1離群，則xL必然離群。當(dāng)可疑數(shù)據(jù)在總均值兩側(cè)時，要先檢驗(yàn)離均值遠(yuǎn)的可以數(shù)據(jù)，若剔除了一個數(shù)據(jù)，在檢驗(yàn)下一個時，此時總均值的求解為剩余L-1個均值的算術(shù)平均值。

通過這三種方法，我們可以在水質(zhì)分析數(shù)據(jù)處理過程中提高我們檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，從而相對客觀的反映水質(zhì)情況，為水質(zhì)鑒定，水污染防治提供可信資料。

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作者簡介：閆鵬魏（1991- ），男，漢族，河南項城人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生；張永亮（1991- ），男，漢族，河南長垣人，鄭州大學(xué)2011級給水排水工程本科生。