К содержимому

Приближённое равенство и погрешность

Как в учебнике

Запись $a\approx b$ сообщает, что одно число приближает другое. Сам знак не задаёт точность. Если $b$ приближает точное значение $a$, абсолютная погрешность равна $|a-b|$, а требование точности записывают как $|a-b|\le\varepsilon$, где $\varepsilon\ge0$ задано заранее.

Например, $\sqrt2\approx1.414$. Чтобы утверждать допустимость такого округления для задачи, нужно сравнить ошибку с её допуском. Количество показанных десятичных знаков само по себе не заменяет условия на погрешность; единицы у ошибки и допуска должны совпадать.

Для ненулевого $a$ относительная погрешность равна $|a-b|/|a|$. Она сравнивает ошибку с масштабом величины. При $a=0$ это отношение не определено, поэтому около нуля особенно важно явно выбирать критерий точности.

Неформальное $u\ll v$ для положительных величин часто означает малость отношения $u/v$ в контексте задачи. Универсального порога «в сто раз» нет. В отдельных областях у этого символа есть строгое специальное определение; оно имеет приоритет.

Допуск относится к разности значений, а не к выбранному способу их записи. Умножение обеих длительностей на 1000 при переходе от секунд к миллисекундам во столько же раз меняет абсолютную ошибку и её допуск, но сохраняет относительную ошибку. Сравнивать число ошибки в одних единицах с числом допуска в других нельзя. Равенство ошибке на границе допуска удовлетворяет записанному нестрогому неравенству.

Определения и обозначения: Deep Learning: Notation.

На пальцах

Погрешность измеряет разницу между точным и приближённым значениями, а допуск задаёт разрешённую границу этой разницы. Одна миллисекунда мала рядом с десятью секундами, но велика рядом с одной микросекундой, поэтому сравнение требует общих единиц и подходящего масштаба. Допуск похож на парковочную разметку: тот же результат помещается в одно требование и не помещается в другое. Лишние нули на дисплее выглядят солидно, но раздвигать разметку не умеют.

Пример

В учебном примере точная длительность равна 10 с, а измерение показывает 10.001 с. Одна и та же ошибка сравнивается с двумя разными допусками.

Приближённое равенство и погрешность

Общие единицы

Миллисекунда равна 0.001 секунды.

Шаг 1 из 4: Общие единицы

Все шаги текстом
  1. Общие единицы

    Миллисекунда равна 0.001 секунды.

    Длительности, с
    1010.001текущий
  2. Расчёт ошибки

    Абсолютная ошибка равна 0.001 с, относительная — 0.0001.

    Абсолютная; относительная
    0.001текущий0.0001включён
  3. Проверка допуска

    Допуск 0.01 с допускает эту ошибку.

    Ошибка; допуск, с
    0.001включён0.01включён
  4. Более строгий допуск

    При допуске 0.0001 с то же измерение уже не подходит.

    Ошибка; допуск, с
    0.001исключён0.0001текущий

У измерения 10.001 с ошибка положительна как расстояние, хотя разность точного и измеренного значений отрицательна. Смена допуска на последнем шаге не ухудшает измерение: меняется только требование. Относительная ошибка 0.0001 равна 0.01%, поскольку для процентов отношение умножают на 100. Это отличается от абсолютной ошибки 0.001 с: у них разные смысл и единицы.

Приближение пригодно для выбранного допуска. Одной маленькой на вид ошибки для этого вывода недостаточно.

Авторский текст этой бесплатной статьи опубликован по лицензии CC BY-NC-ND 4.0.

Предыдущая / следующая

Предыдущая
Модуль числа: расстояние до нуля
Следующая
Пропорциональность: постоянное отношение
  • Натуральные числа: счёт отдельных объектов

    Какие значения подходят для счёта и почему включение нуля нужно оговаривать.

    Читать статью
    Математика
  • Целые числа: счёт по обе стороны нуля

    Положительные и отрицательные целые, ноль и граница целочисленного деления.

    Читать статью
    Математика
  • Рациональные числа: отношение целых

    Число как отношение целых: равные дроби и обязательный ненулевой знаменатель.

    Читать статью
    Математика