خطأ الملاحظة

الخطأ الرصدي (أو خطأ القياس ) هو الفرق بين القيمة المقاسة لكمية ما وقيمتها الحقيقية غير المعروفة . ^{[ 1 ]} هذه الأخطاء متأصلة في عملية القياس؛ فعلى سبيل المثال، الأطوال المقاسة بمسطرة مُعايرة بالسنتيمترات الكاملة سيكون لها خطأ قياس يصل إلى عدة ملليمترات. يمكن تقدير الخطأ أو عدم اليقين في القياس، ويُحدد مع القياس، على سبيل المثال، 32.3 ± 0.5 سم.

تشوب الملاحظات العلمية نوعان متميزان من الأخطاء: الأخطاء المنهجية من جهة، والأخطاء العشوائية من جهة أخرى. ويمكن التخفيف من آثار الأخطاء العشوائية بتكرار القياسات. أما الأخطاء الثابتة أو المنهجية، فيجب تجنبها بدقة، لأنها تنشأ عن سبب واحد أو أكثر تعمل باستمرار بنفس الطريقة، وتؤدي إلى تغيير نتيجة التجربة دائمًا في نفس الاتجاه. وبالتالي، فهي تُغير القيمة المرصودة، ولا تُقلل القياسات المتكررة المتطابقة من هذه الأخطاء. ^{[ 2 ]}

يمكن تلخيص أخطاء القياس من حيث الدقة والضبط . على سبيل المثال، تخضع قياسات الطول باستخدام مسطرة معايرة بدقة بالسنتيمترات الكاملة لخطأ عشوائي، حيث تعطي كل استخدام لنفس المسافة قيمة مختلفة قليلاً، مما يؤدي إلى دقة محدودة. أما المسطرة المعدنية التي لا يتم التحكم في درجة حرارتها ، فتتأثر بالتمدد الحراري، مما يتسبب في خطأ منهجي إضافي، وبالتالي دقة محدودة. ^{[ 3 ]}

عندما تُعزى العشوائية أو عدم اليقين الذي تم نمذجته بواسطة نظرية الاحتمالات إلى مثل هذه الأخطاء، فإنها تُعتبر "أخطاء" بالمعنى الذي يُستخدم به هذا المصطلح في الإحصاء.

في كل مرة يُعاد فيها القياس، نحصل على نتائج مختلفة قليلاً. النموذج الإحصائي الشائع المستخدم هو أن الخطأ يتكون من جزأين تراكميين: ^{[ 4 ]}

1. خطأ عشوائي قد يختلف من ملاحظة إلى أخرى.
2. خطأ منهجي يحدث دائماً، بنفس القيمة، عندما نستخدم الجهاز بنفس الطريقة وفي نفس الحالة.

بعض الأخطاء ليست عشوائية أو منهجية بشكل واضح، مثل عدم اليقين في معايرة جهاز ما. ^{[ 4 ]}

تؤدي الأخطاء العشوائية أو الإحصائية في القياس إلى عدم اتساق القيم القابلة للقياس بين القياسات المتكررة لصفة أو كمية ثابتة . وتُسبب هذه الأخطاء العشوائية عدم اليقين في القياس ، وهي غير مترابطة بين القياسات. تتبع القياسات المتكررة نمطًا معينًا، وفي مجموعة كبيرة من هذه القياسات، يمكن حساب الانحراف المعياري كتقدير لمقدار الخطأ الإحصائي. ^{[ 4 ] : ​​147}

الأخطاء المنهجية هي أخطاء لا تُحدد بالصدفة، بل تنشأ عن عمليات متكررة متأصلة في النظام. ^{[ 5 ]} تشمل مصادر الأخطاء المنهجية أخطاء معايرة المعدات، وعدم اليقين في معاملات التصحيح المُطبقة أثناء التحليل التجريبي، والأخطاء الناتجة عن استخدام نماذج نظرية تقريبية. ^{[ 4 ] : ​​ملحق.} يُطلق على الخطأ المنهجي أحيانًا اسم التحيز الإحصائي . ويمكن غالبًا تقليله باتباع إجراءات موحدة.

يُعدّ تعلّم كيفية استخدام الأدوات والبروتوكولات القياسية لتقليل الأخطاء المنهجية جزءًا من عملية التعلّم في مختلف العلوم. ومع مرور الوقت، يمكن معالجة الأخطاء المنهجية في العلوم لتصبح شكلاً من أشكال "المعرفة السلبية": إذ يكتسب العلماء فهمًا لكيفية تجنّب أنواع محددة من الأخطاء المنهجية. ^{[ 6 ]}

عند دمج قياسين أو أكثر، أو جهازين أو أكثر، تتداخل الأخطاء في كل منها. وتعتمد تقديرات الخطأ في نتيجة هذه الدمجات على الخصائص الإحصائية لكل قياس على حدة، وعلى الارتباط الإحصائي المحتمل بينها. ^{[ 7 ] : 92}

يمكن تقسيم أخطاء القياس إلى عنصرين: الخطأ العشوائي والخطأ المنهجي. ^{[ 2 ]}

يُعدّ الخطأ العشوائي حاضرًا دائمًا في أي قياس. وينتج عن تقلبات غير متوقعة بطبيعتها في قراءات جهاز القياس أو في تفسير المُجرِّب لهذه القراءات. إضافةً إلى ذلك، قد تُعزى هذه التقلبات جزئيًا إلى تأثير البيئة على عملية القياس. تظهر الأخطاء العشوائية على شكل نتائج مختلفة لنفس القياس المُكرَّر ظاهريًا. ويمكن تقديرها بمقارنة قياسات متعددة، وتقليلها بحساب متوسطها. يرتبط مفهوم الخطأ العشوائي ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الدقة . فكلما زادت دقة جهاز القياس، قلّ تباين ( انحراف معياري ) تقلبات قراءاته.

الخطأ المنهجي قابل للتنبؤ به، وعادةً ما يكون ثابتًا أو متناسبًا مع القيمة الحقيقية. إذا أمكن تحديد سبب الخطأ المنهجي، فإنه يُمكن عادةً التخلص منه. تنشأ الأخطاء المنهجية عن معايرة غير دقيقة لأجهزة القياس، أو أساليب رصد غير دقيقة ، أو تداخل العوامل المحيطة مع عملية القياس، وتؤثر دائمًا على نتائج التجربة في اتجاه يمكن التنبؤ به. يُعدّ ضبط الصفر بشكل غير صحيح لجهاز القياس مثالًا على الخطأ المنهجي في أجهزة القياس.

يتناول معيار اختبار الأداء PTC 19.1-2005 "عدم اليقين في الاختبار"، الصادر عن الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)، الأخطاء المنهجية والعشوائية بتفصيل كبير. في الواقع، يُصنّف هذا المعيار فئات عدم اليقين الأساسية لديه وفقًا لهذه المصطلحات.

يُستخدم مصطلح "الخطأ الرصدي" أحيانًا للإشارة إلى أخطاء الاستجابة وبعض أنواع الأخطاء الأخرى غير المتعلقة بالمعاينة . ^{[ 1 ]} في حالات الاستبيانات، قد تكون هذه الأخطاء ناتجة عن أخطاء في جمع البيانات، بما في ذلك التسجيل غير الصحيح للاستجابة والتسجيل الصحيح لاستجابة غير دقيقة من المستجيب. نُوقشت هذه المصادر للأخطاء غير المتعلقة بالمعاينة في سالانت وديلمان (1994) وبلاند وألتمان (1996). ^{[ 8 ] [ 9 ]}

قد تكون هذه الأخطاء عشوائية أو منهجية. تنشأ الأخطاء العشوائية عن أخطاء غير مقصودة من جانب المستجيبين أو القائمين على المقابلات أو المرمزين. أما الأخطاء المنهجية فتحدث نتيجة رد فعل منهجي من المستجيبين تجاه الطريقة المستخدمة في صياغة سؤال الاستبيان. لذا، تُعدّ الصياغة الدقيقة لسؤال الاستبيان بالغة الأهمية، لأنها تؤثر على مستوى خطأ القياس. ^{[ 10 ]} تتوفر أدوات مختلفة للباحثين لمساعدتهم في تحديد هذه الصياغة الدقيقة لأسئلتهم، على سبيل المثال، تقدير جودة السؤال باستخدام تجارب MTMM . ويمكن أيضًا استخدام هذه المعلومات المتعلقة بالجودة لتصحيح خطأ القياس . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

إذا تم قياس المتغير التابع في الانحدار مع وجود خطأ، فإن تحليل الانحدار واختبار الفرضيات المرتبط به لا يتأثران، باستثناء أن قيمة R ² ستكون أقل مما ستكون عليه مع القياس المثالي.

مع ذلك، إذا تم قياس متغير مستقل واحد أو أكثر بشكل خاطئ، فإن معاملات الانحدار واختبارات الفرضيات القياسية تصبح غير صالحة. ^{[ 13 ]} يُعرف هذا باسم تحيز التوهين . ^{[ 14 ]}

• كوكران، دبليو جي (1968). " أخطاء القياس في الإحصاء". تكنومتركس . 10 (4): 637-666 . doi : 10.2307/1267450 . JSTOR 1267450. S2CID 120645541 .