化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理與計(jì)算

前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展以及計(jì)算機(jī)與其他學(xué)科的交叉、滲透，眾多高等院校紛紛開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)在化學(xué)中應(yīng)用類課程，并編寫了相應(yīng)的教材。這些教材從一定程度上體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)在化學(xué)方面應(yīng)用類課程的教學(xué)改革中取得的成果，但這類課程整體性不強(qiáng)。對(duì)于綜合性大學(xué)的化學(xué)及化學(xué)近緣專業(yè)的數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)相對(duì)較強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，建立計(jì)算機(jī)在化學(xué)中應(yīng)用類的課程中各學(xué)科之間理論知識(shí)和計(jì)算方法的相互聯(lián)系，并掌握其綜合運(yùn)用的方法顯得尤為重要。為適應(yīng)綜合性大學(xué)化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)及環(huán)境等化學(xué)近緣專業(yè)本科生對(duì)計(jì)算機(jī)在化學(xué)中應(yīng)用類課程教學(xué)的要求，本書包含了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差及數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)、化學(xué)中常用的數(shù)值分析方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法、數(shù)學(xué)建模及其在化學(xué)中的應(yīng)用以及化學(xué)中常用軟件的應(yīng)用等基本理論，有較為完整、系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在化學(xué)中應(yīng)用類課程的知識(shí)體系，并通過(guò)一定學(xué)時(shí)的上機(jī)訓(xùn)練實(shí)踐，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)上機(jī)實(shí)踐去理解其基本原理，了解其在化學(xué)、化工、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用，全面提高學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)的能力。在教材的寫作過(guò)程中，本教材注重將繁復(fù)難懂的理論以通俗易懂、簡(jiǎn)單明了的語(yǔ)言加以闡述，便于學(xué)生的理解和運(yùn)用，為他們后續(xù)的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本書共分5章，由張衛(wèi)任主編，在編寫過(guò)程中，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的研究生曾圓、萬(wàn)會(huì)師等同學(xué)承擔(dān)了大量的文字編輯、排版等工作，在此表示最誠(chéng)摯的謝意！另外，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的孫淮、李江波、李豐、陳虹錦、馬荔等教師對(duì)本書的編寫也給予了較多的建議和幫助，在此亦表示衷心的感謝！同時(shí)，本書的出版得益于上海交通大學(xué)教務(wù)處、化學(xué)化工學(xué)院的大力支持，并獲得教材出版基金資助，另外，在本書的編寫過(guò)程中，編者參考了大量的Internet上的資源及已出版的相關(guān)教科書，并引用了其中的一些圖表，在此說(shuō)明并表示衷心的感謝！由于編者水平和專業(yè)知識(shí)所限，書中難免會(huì)有疏漏之處，真誠(chéng)地懇請(qǐng)專家、學(xué)者以及廣大的讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是一本介紹化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的應(yīng)用型書籍，具有系統(tǒng)性、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，共5章，分別為：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差及數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)、化學(xué)中常用的數(shù)值分析方法、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模及其在化學(xué)中的應(yīng)用、化學(xué)中常用軟件的應(yīng)用。    本書可作為高等院校化學(xué)、材料、化工、生命、制藥等非計(jì)算化學(xué)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生及研究生了解和掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算等的基本原理及其在該領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)課程的教材和參考書，也可供信息以及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的科技工作者參考。

書籍目錄

第1章  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差及數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)  1.1  實(shí)驗(yàn)誤差概述    1.1.1  誤差與偏差的基本計(jì)算公式    1.1.2  誤差的分布  1.2  置信區(qū)間及其應(yīng)用    1.2.1  置信區(qū)間的基本概念    1.2.2  置信區(qū)間的應(yīng)用  1.3  誤差的傳遞    1.3.1  偶然誤差的傳遞    1.3.2  系統(tǒng)誤差的傳遞  1.4  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)及其應(yīng)用    1.4.1  離群值的檢驗(yàn)    1.4.2  t檢驗(yàn)    1.4.3  χ2檢驗(yàn)  1.5  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析    1.5.1  方法概述    1.5.2  單因素方差分析    1.5.3  多因素方差分析    1.5.4  應(yīng)用示例  1.6  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主成分分析    1.6.1  方法概述    1.6.2  主成分分析的計(jì)算步驟    1.6.3  應(yīng)用示例  習(xí)題1第2章  化學(xué)中常用的數(shù)值分析方法  2.1  非線性方程的求解及其應(yīng)用    2.1.1  二分法    2.1.2  迭代法    2.1.3  牛頓法    2.1.4  應(yīng)用示例  2.2  線性代數(shù)方程組的求解及其應(yīng)用    2.2.1  高斯(Gauss)-約當(dāng)(Jordan)消去法    2.2.2  高斯-賽德?tīng)?Gauss-seidel)迭代法    2.2.3  病態(tài)方程組和條件數(shù)    2.2.4  應(yīng)用示例  2.3  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合及回歸分析    2.3.1  一元線性擬合及回歸分析    2.3.2  多元線性擬合及回歸分析    2.3.3  化非線性擬合為線性擬合    2.3.4  應(yīng)用示例  2.4  插值法與數(shù)值積分    2.4.1  梯形法求積分    2.4.2  辛普生法求積分    2.4.3  高斯法求積分    2.4.4  插值法    2.4.5  應(yīng)用示例  2.5  常微分方程的數(shù)值解    2.5.1  歐拉(Euler)法簡(jiǎn)介    2.5.2  預(yù)測(cè)-校正法簡(jiǎn)介    2.5.3  解一階微分方程組的預(yù)測(cè)-校正法    2.5.4  應(yīng)用示例  習(xí)題2第3章  實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法簡(jiǎn)介  3.1  基本概念  3.2  正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)    3.2.1  正交表簡(jiǎn)介    3.2.2  正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析    3.2.3  具有交互作用的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析  3.3  均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)    3.3.1  均勻設(shè)計(jì)表簡(jiǎn)介    3.3.2  均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方法概述    3.3.3  應(yīng)用示例  3.4  單純形實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)法    3.4.1  基本單純形法概述    3.4.2  改進(jìn)單純形法概述    3.4.3  初始單純形頂點(diǎn)的構(gòu)造方法  習(xí)題3第4章  數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用  4.1  數(shù)學(xué)建模概述    4.1.1  數(shù)學(xué)模型的類型    4.1.2  數(shù)學(xué)模型的建模步驟    4.1.3  數(shù)學(xué)建模的基本方法  4.2  化學(xué)中常用的數(shù)學(xué)建模示例    4.2.1  難溶化合物的溶解度模型的建立    4.2.2  混合體系的萃取分離效率模型的建立    4.2.3  天然水體中pH值波動(dòng)模型的建立    4.2.4  工業(yè)廢水厭氧消化處理建模示例  習(xí)題4第5章  化學(xué)中常用軟件的應(yīng)用  5.1  Mathcad 7.0軟件應(yīng)用概述    5.1.1  Mathcad 7.0的功能與特點(diǎn)    5.1.2  Mathcad的使用基礎(chǔ)    5.1.3  Mathcad編程方法概述    5.1.4  Mathcad的解析計(jì)算    5.1.5  常用Mathcad的內(nèi)置函數(shù)簡(jiǎn)介  5.2  Matlab 7.0軟件應(yīng)用概述    5.2.1  Matlab 7.0的特點(diǎn)與功能    5.2.2  Matlab運(yùn)算基礎(chǔ)    5.2.3  Matlab程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)    5.2.4  常用Matlab內(nèi)置函數(shù)簡(jiǎn)介  5.3  Origin 6.0軟件應(yīng)用概述    5.3.1  Origin 6.0的基礎(chǔ)知識(shí)    5.3.2  繪制二維和多層圖形    5.3.3  曲線擬合  5.4  ChemOffice 7.0軟件應(yīng)用概述    5.4.1  Chem Draw的使用基礎(chǔ)    5.4.2  Chem 3D的使用基礎(chǔ)    5.4.3  Chem Finder的使用基礎(chǔ)附錄  附表1  標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表  附表2  t分布表  附表3  F分布表  附表4  χ2分布表  附表5  相關(guān)系數(shù)臨界值γα，f表  附表6  正交表  附表7  均勻設(shè)計(jì)表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章實(shí)驗(yàn)誤差是指測(cè)定結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間的差值，是客觀存在的，根據(jù)其性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可以分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。系統(tǒng)誤差是指在測(cè)定過(guò)程中由于實(shí)驗(yàn)方法本身不夠完善、儀器缺陷、試劑不純等原因所造成的誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響比較恒定。重復(fù)測(cè)定不能發(fā)現(xiàn)和減小系統(tǒng)誤差，只有改變實(shí)驗(yàn)條件才能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，通常可以利用對(duì)照實(shí)驗(yàn)、空白實(shí)驗(yàn)、儀器校準(zhǔn)等辦法加以校正。偶然誤差是指在測(cè)定過(guò)程中一系列有關(guān)因素微小的隨機(jī)波動(dòng)而形成的具有相互抵償性的誤差，是由測(cè)定過(guò)程中無(wú)法避免的偶然因素引起的，有正有負(fù)，可大可小，隨著測(cè)定次數(shù)的增加，大量的偶然誤差就表現(xiàn)出一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性：絕對(duì)值相近而符號(hào)相反的誤差出現(xiàn)的概率相等，絕對(duì)值較小的誤差比絕對(duì)值較大的誤差出現(xiàn)的概率大，在一定的測(cè)量條件下，偶然誤差的絕對(duì)值有一定的限值，即超出該限值的誤差出現(xiàn)的概率為零，而且對(duì)于同一物理量的等精度觀測(cè)，其偶然誤差的算術(shù)平均值，隨著觀測(cè)次數(shù)”的無(wú)限增大而趨于零，符合正態(tài)分布。因此，增加測(cè)定次數(shù)，可以減少偶然誤差。表征實(shí)驗(yàn)誤差的大小通常通過(guò)給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與精密度加以判別，準(zhǔn)確度是指測(cè)量值x與真實(shí)值u的接近程度，分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，若無(wú)法確定真實(shí)值，可用測(cè)定值偏離測(cè)定的平均值的程度來(lái)衡量測(cè)定結(jié)果的好壞，將對(duì)同一樣品進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)定時(shí)各測(cè)定值相互接近的程度稱為精密度，其大小用偏差表征，偏差同樣可以用絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差來(lái)表示。對(duì)于一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通常還采用平均偏差、樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差或總體標(biāo)準(zhǔn)偏差等物理量來(lái)表征精密度的大?。ㄗⅲ貉芯繉?duì)象全體的集合稱為總體，樣本是指通過(guò)觀察或?qū)嶒?yàn)得到的數(shù)據(jù)）。精密度是保證準(zhǔn)確度的先決條件，精密度差，所得結(jié)果不可靠，但高的精密度也不一定能保證高的準(zhǔn)確度。

編輯推薦

《化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理與計(jì)算》：高等學(xué)校教材

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