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1

Dispersion

statistique 2

Méthodes statistiques en métrologie

Des méthodes statistiques sont utilisées en métrologie essentiellement pour évaluer la meilleure estimation et la séries de mesure. physique) effectués dans des conditions de répétabilités (tout reste identique). il est seulement possible de déterminer une estimationde la aléatoire ont elles-mêmes une incertitude associée. 3

Sommaire

Histogramme

Effectifs cumulés et fonction de répartition (%) Quelques premiers éléments sur la représentation graphique des mesures

Lois de probabilité

La distribution normale

Critères de normalité

Quelques autres types de distributions utiles en métrologie et ingénierie 4

1.Moyenne arithmétique

2.Médiane: la valeur qui départage le 50 %

3.Moyenne entre maximum et minimum

4.Autres types de moyenne (voir section 5.2 du polycopié)

Moyenne géométrique

Moyenne harmonique

Moyenne glissante

5 Ecart maximum par rapport à la meilleure estimation

Ecart type empirique

Quantification des écarts

n xxi e 2 1 2 n xxi c 6 Le fait que l'estimateur de la variance doive être divisé par (-1) -et donc dans un certain sens moins précis -pour être sans biais provient du fait que l'estimation de la variance implique l'estimation d'un paramètre en plus, la moyenne. Cette correction tient compte donc du fait que l'estimation de la moyenne (nécessaire pour calculer la variance) induit une incertitude supplémentaire. En effet si l'on suppose que la moyenne est parfaitement connue, l'estimateur doit être utilisé.

Pourquoi (n 1) ?

n xxi e 2 7

Analyse de séries de mesures

% de mesures cumulées 0% 25%
50%
75%
100%

272829303132333435

8 9 Ce type de graphique simple peut (dans certains cas) permettre temps)

Mesures

0.00 10.00 20.00 30.00
40.00
50.00
60.00

05101520253035

No. séquentiel

Valeur mesurée

10 (autre exemple:

Mesures

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
30.00
35.00

05101520253035

No. séquentiel

Valeur mesurée

11

Moyenne = 30.11

Ecart-type = 1.99

Incertitude estimée = 3.99( = 2 * sigma)

Mesures

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
30.00
35.00
40.00
45.00

05101520253035

No. séquentiel

Valeur mesurée

12

Moyenne = 30.11

Ecart-type = 1.99

Incertitude estimée = 3.99( = 2 * sigma)

Mesures

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
30.00
35.00
40.00

05101520253035

No. séquentiel

Valeur mesurée

13

Triage des mesures

14 15

Histogramme

paramètre.

Exemple:

fonderie, ‡masse de préparation alimentaire dans une boîte de conserve 16 On utilise l'histogrammeen respectant la règle des aires. Pour éviter toute ambiguïté, il est préférable de travailler avec des classes d'amplitude constante. Dans ce cas, les hauteur des rectangles sont proportionnelles aux effectifs (ou aux fréquences). pourcentagesdes effectifs ou des fréquences il faut connaître les conditions de collecte des données: ‡fréquence de mesure, ‡outil de mesure utilisé, ‡possibilité de mélange de lots, ‡possibilité de tri, ‡etc. 17

Histogramme ±1. Collecte des données

La première phase est la collecte des données en cours de fabrication. fabrication (contrôle de la qualité). que le nombre de valeurs relevées soit suffisant. aisée. 18 Généralement on utilise des classes de largeur identique. Le nombre de classes dépend du nombre de valeurs dont on dispose. Le nombre de classe K peut être déterminé par la formule suivante : ou plus simplement: visuel, il est possible de faire varier le nombre de classes. 19 Histogramme ±2. Définir les intervalles de classe

R YMOHXU PM[LPMOH ņ YMOHXU PLQLPMOH,

Il faut arrondir cette valeur à un multiple de résolution de H[FqV 20 21
22
23
Histogramme ±4. Diagramme des effectifs cumulés (fonction de répartition) Ce diagramme permet de lire l'effectif d'un intervalle entre 0 et xet , par différence, l'effectif de tout intervalle. Cette représentation préfigure le tracé de la fonction de répartition en probabilité.Histogramme 0 2 4 6 8 10 12 valeurs mesurées no. de mesures

Frequences cumulées croissantes

0 5 10 15 20 25
30
35

272829303132333435

24
Le diagramme des effectifs cumulés peut indiquer soit le nombre absolu de mesures, soit le pourcentage.

Frequences cumulées croissantes

0 5 10 15 20 25
30
35

272829303132333435

% de mesures cumulées 0% 25%
50%
75%
100%

272829303132333435

25
Le diagramme des effectifs cumulés peut aussi être mis en forme de polygonedes effectifs cumulés, aussi pour des intervalles discrets. % cumulé croissant 0% 25%
50%
75%
100%

26272829303132333435

% de mesures cumulées 0% 25%
50%
75%
100%

272829303132333435

26
27

Les quantiles

Les quantiles sont des points essentiels pris à des intervalles réguliers verticaux d'une fonction de distribution cumulative d'une variable aléatoire. Diviser des données ordonnées en q sous-jeux de données de dimension essentiellement égale est la motivation des q-quantiles ; les quantiles sont les valeurs de données marquant les limites entre deux sous-jeux consécutifs.

Certains quantiles ont des noms spéciaux :

Les 100-quantiles sont appelés centiles ou percentilesselon un fréquent,

Les 10-quantiles sont appelés déciles,

Les 4-quantiles sont appelés quartiles.

Le diagramme des effectifs cumulés ou fonction de répartition permet de lire facilement les quantiles intéressants (en général des quartiles et les déciles). 28
29

Comment faire un histogramme avec Excel 2003

Supposons lasérie suivante:

5, 7, 8, 3, 7, 7, 1, 9, 6, 8, 5, 6, 7, 8, 7, 9, 6, 8, 6, 6.

Inserer les chiffres dans la colonne A, en commençant par A2, par exemple. On veut construire un histogramme avec 5 barres, avec intervalles:

0 ±2

2 ±4

4 ±6

6 ±8

8 ±10

Dans les colonnes B et C, commençant par B2-C2 on insert respectivement 0, 2, ensuite à la ligne suivante 2, 4, etc.. Selectionnez 5 cellules contigues, par exemple E2:E6.

Entrez la formule

= frequence (A2:A22; C2:C6). Le premier vecteur contient les données, le deuxième contient les limites supérieurs des intervalles (colonne C2:C6).

Presser Control-Shift-Entersimultanément.

par exemple pour D2: =B2&"-"&C2, ce qui donne le texte 0-2. Ensuite on sélectionne ensemble les colonne D et E et on produit un graphique de type

Histogramme.

30

Exercice 1

Télécharger le fichier Excel avec les séries de mesure (30, 70 et

100 valeurs).

Calculer:

Nombre de mesures -fonction NB()

Moyenne

Médiane

Ecart-type

Minimum

Maximum

Histogramme

31

Exercice 2

Le diagramme des effectifs cumulés

en escalier, escalier en pourcentages, polygone en pourcentages = fonction de répartition

Le calcul des quartiles

32

Exercice 3

Une série de mesures a été pré-traitéeet publiée en de bases).

Télécharger le fichier Excel.

Calculer les estimations de:

La moyenne

Le polygone des effectifs cumulés en pourcentages (fonction de répartition) Evaluer la médiane et les quartiles à partir du diagramme 33

Probabilité: quelques notions de base

Définitions

Lois de probabilité ou distributions

Densité de probabilité

Fonction de répartition

34
35

Définitions

La probabilité (du latin probare, " prouver », " tester ») est une évaluation du caractère probable d'un événement. Un événement est probable " s'il peut se produire » (dans le cas de futures éventualités), ou s'il est " vraisemblable » (dans le cas d'inférences de l'évidence). L'incertitude peut naître de notre ignorance, être due à un embrouillement ou une incompréhension, ou provoquée par l'aspect aléatoire essentiel de la nature. Dans tous les cas, nous mesurons l'incertitude des évènements sur une échelle de zéro(pour les évènements impossibles) à un(pour les évènements certains). 36
L'idée de probabilité est le plus souvent séparée en deux concepts:

1.la probabilité de l'aléatoire, qui représente la probabilité d'évènements

futurs dont la réalisation dépend de quelques phénomènes physiques aléatoires, comme obtenir un as en lançant un dé ou obtenir un certain nombre en tournant une roue;

2.la probabilité de l'*), qui représente l'incertitude que nous avons

devant des affirmations, lorsque nous ne disposons pas de la connaissance complète des circonstances et des causalités. l'opinion. 37
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