直接测量实验的不确定度的计算

编程解决生活中的问题

作 者：smallcatx0；
谨以此文献给 绵阳师范学院 物理学14.1/2班的同学们
转载的同学请注明原链接 http://blog.heykui.cn/index.php/archives/77/

0. 前言

做测量类实验时，计算不确定度往往是个很麻烦的事情。

而我们可以编写一个小程序来解决这个小麻烦，此次我用这个例子来介绍下aardio这个国产的开源编程工具

1 aardio介绍

什么是aardio？

aardio 专用于桌面软件快速开发，开发环境仅 6.5 MB, 绿色软件解压即用 - 无论个人或企业都可以永久免费使用本软件开发商用、或非商用的应用程序。使用aardio开发的软件不需要放置鸣谢链接、不需要声明使用aardio开发。
--摘自官方的简介

aardio有什么特点？

• 绿色轻便：开发环境仅 6.5 MB, 绿色软件解压即用
• 混合型编程语言 ：具有动态语言轻便、灵活的特性，而且又可以同时支持静态类型开发
• 直接支持原生DLL，支持的接口很丰富、可以支持com静态动态双接口，象VBS一样原生支持com对象
• 可以嵌入汇编机器码，C语言，Java，PHP，C#，Python，Javascript，VBScript......等等数量众多的第三方编程语言，方便的互调函数，并且这些调用第三方语言的功能模块都是使用aardio实现( 开放源码 )
• 软件界面快速开发：直接拖控件或者用web窗体加载网页设计界面

2 准备工作

先从官网下载aardio
解压就可以用了（可以花点时间浏览下aardio的快速入门教程）

打开软件，新建一个窗口程序，然后拖一波控件

在右边的属性里修改各个控件的大小、颜色、字体等属性

3 分析逻辑（别急着上来就写代码）

显然，3个文本框里有两个是数据输入框，一个数据输出框。

此程序的逻辑无非就是

• 获取输入数据
  从文本输入框直接得到的都是字符串，需要转换成数组
• 计算
  平均值，标准差，A类不确定度，B类不确定度，合成不确定度
• 显示计算结果

程序主体逻辑如下：

    // 获取输入框原始数据（字符串）
    var inputStr = mainForm.inData.text;
    // 将字符串处理成单个数据（数组）
    var arrData = getData(inputStr);
    // 获取仪器最小刻度
    var dt = mainForm.dt.text;
    // 将数据拿去计算
    var  res = calc(arrData,dt);
    // 算完后显示
    showRes(res);

4 开始撸代码（根据逻辑分析）

4.1 获取输入原数据

这一条代码就能获取到文本框中的文本数据（得到的是一个字符串）

// 将mainForm窗体里的 
// 名称为inData的控件的 text(这里指文本框里的内容) 
// 赋值给局部变量inputStr
var inputStr = mainForm.inData.text;

这时可能就有人会问了：我要在哪里写入这行代码呢？并且怎么看我是否获取到了输入框中的数据呢？

下面我就简单的讲一下，事件触发 以及如何调试程序

• 事件触发
  简单解释就是发生了什么事（最常见的就是鼠标单击）就执行某段代码（我们自己写）
  系统会给我们提供很多事件监听函数，我们将发生此事件后的处理代码写到里面。在程序执行时如果触发了某事件，程序将跳转到时间监听函数里去执行代码。

比如，这个小程序的事件逻辑就是：

用户输入完数据（输入框失去焦点） -> 就将输入的数据存到数组里
用户用鼠标单击了计算按钮 -> 就将数组中的数据计算出来，并显示到结果框

而最简单的鼠标单击事件，只需要在设计窗口双击某个控件

比如我现在双击计算按钮，就自动调整到代码页面，并且为我们自动生成了计算按钮鼠标单击事件的监听函数

（ps:想回到设计模式只需要点上面的设计视图，或者按快捷键ctrl+u）

一起来测试一下这个东东能不能正常工作（写任何代码，在还不是非常熟悉时，都建议每写一个功能就先测试下。避免200行代码,199个Error这种尴尬的情况）：

在代码页面第一行写： import console;（不解释，想了解的去看官方的文档）
然后在刚才生成的单击事件监听函数内写入
console.log("你点我干啥？") 如图：

点上面的运行按钮，或按F5

运行效果如图，说明我们的程序计算按钮的鼠标单击正常。

到这里，同学们是否还记得我们刚才讲到的获取输入内容
现在你可以试下将哪行代码写到这个单击监听函数中并将内容用console.log() 控制台输出看看了

mainForm.button.oncommand = function(id,event){
    var inputStr = mainForm.inData.text;
    console.log(inputStr);
}

运行:

此时，我们便获取到了输入框中的源数据

【补】刚才只讲了鼠标单击事件怎么绑定
再贴一个控件失去焦点的事件监听函数，其他的事件可以去这里查看

// mainForm窗口内的名称为inData的控件的失去焦点监听函数
mainForm.inData.wndproc = function(hwnd,message,wParam,lParam){
    if(message = 0x0008){//光标焦点离开
        // 事件处理代码
    }
    //无返回值则继续调用默认回调函数
}

4.2 数据的处理

上面我某已经获得了输入的字符串，现在我们要将获得的字符串解析成数组以方便计算

// 解析字符串(以逗号分隔的)，返回数组
function getData(inputStr){
    // 为了支持中文和英文逗号，我们先将所有中文逗号都替换成英文逗号。
    var sTemp = string.replace(inputStr,"，",",");
    // 用英文逗号分隔字符串，获得输入的数据（数组）
    var arrData = string.split(sTemp,",");
    return  arrData;  
}

写完记得测试一下（ps:console.log()只能输出字符串、整数、浮点数等直接储存的东西，要在控制台输出数组或对象等指针变量，请用console.varDump()）;

此时我们便得到了输入的每个数据（存在数组里）

4.3 计算

拿到了输入的每个数据后，我们下一步做什么呢？

答： 计算

那不确定度到底怎么算呢？

根据上图，写代码。

// 计算
function calc(arrData,dt) {
    var Data = {
        arr = arrData ; // 原数据
        arrCount = 0;   // 原数据的个数
        sum = 0;    // 总和
        avr = 0;    // 平均值
        sigma = 0;  // 标准差
        uA = 0;     // A类不确定度
        uB = 0;     // B类不确定度
        U = 0;      // 合成标准不确定度
    };
    var arrDataCount = 0;
    // 计算总和
    for index in arrData{
    // 统计数据的个数
        arrDataCount ++;
        Data.sum += arrData[index];
    }
    // 计算平均值
    Data.avr = Data.sum/arrDataCount;
    Data.arrCount = arrDataCount;
    // 计算标准差
    var temp = 0;
    for index in arrData{
        temp += (arrData[index] - Data.avr)*(arrData[index] - Data.avr)
    }
    Data.sigma = math.sqrt(temp/(arrDataCount-1));
    // A类标准不确定度
    Data.uA = Data.sigma/math.sqrt(Data.arrCount);
    // 判断是否需要计算B类不确定度
    if(dt != null){
    // 计算B类不确定度
        Data.uB = dt/math.sqrt(3);
        // 计算合成标准不确定度
        Data.U = math.sqrt(Data.uA*Data.uA+Data.uB*Data.uB);
    }else {
        Data.U = Data.uA;
    }
    return Data; 
}

当然写好了后我们还是要测试一下再往下走

4.4 输出计算结果

这个比较简单
只需要将你需要显示的内容拼接成字符串
再将其赋值给显示控件的text属性
mainForm.calcRes.text = "你想显示的任何内容"

代码如下：

// 结果的显示
function showRes(res){
    var  resStr = "您输入的数据是：";
    for(i=1;#res.arr;1){
        resStr += res.arr[i]+' ';
    }
    resStr += '\n'
    resStr += "数据个数：" + res.arrCount +' | ';
    resStr += "总和：" + res.sum + ' | ';  
    resStr += "平均数：" + res.avr + '\n';
    resStr += "标准差：" + res.sigma +'\n';
    resStr += "A类标准不确定度：" + res.uA + '\n';
    if(res.uB == 0){
        resStr += "未提供仪器最小刻度，无法估算B类不确定度！" + '\n';
        resStr += "标准不确定度：" + res.U ;
    }else {
        resStr += "B类不确定度：" + res.uB+'\n';
        resStr += "合成标准不确定度：" + res.U;
    }
    // 显示的代码与获取的代码刚好相反
    mainForm.calcRes.text = resStr;
}

运行调试：

5 打包发布

做好了后直接点发布或者F7

完整代码：在我的码云