实验数据处理方法 王永刚.

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1 实验数据处理方法 王永刚

2 实验数据处理方法？ 研究采用概率论和数理统计知识对实验数据进行处理（包括搜集、整理、分析、评估等）的方法 实验数据处理与学术道德（参考）
实验数据处理方法 第一章 引言 实验数据处理方法？ 研究采用概率论和数理统计知识对实验数据进行处理（包括搜集、整理、分析、评估等）的方法 数据的搜集 数据的整理 数据统计（Statistics） 数据的分析 数据的评估 实验数据处理与学术道德（参考） Statistics的词源是state（国家）——国家的数据统计 对数学的要求 学习这门课的意义 大规模数据处理与计算机的发展相关 开普勒的行星运动三定律 LHC与GRID

3 实验数据处理方法 第一章 引言 统计（statistics）? 《辞海》 1. 指统计资料，即反映大量现象数量特征的数字资料。如，人口统计。 2. 指统计工作，即搜集、整理、分析和推断统计资料的工作。如统计人数。 3. 指统计学。如数理统计、概率统计、医学统计等。 American Heritage Dictionary 1. The mathematics of the collection, organization, and interpretation of numerical data, especially the analysis of population characteristics by inference from sampling. （与单数动词连用）统计学：搜集、组织、解释数值数据的数学，尤指用样本分析总体的特征者。 2. Numerical data. （与复数动词连用）数字数据。 Merriam-Webster Online Dictionary 1. a branch of mathematics dealing with the collection, analysis, interpretation, and presentation of masses of numerical data 2. a collection of `quantitative data

4 数据处理方法？ Probability & Statistics 概率论和统计学（数理统计）——数学的两个分支
实验数据处理方法 第一章 引言 数据处理方法？ Probability & Statistics 概率论和统计学（数理统计）——数学的两个分支 统计推断（Statistical Reasoning） 根据带随机性的观测数据，按照问题的条件，选用一定的模型，而对未知事物作出的、以概率形式表达的推断。 例如，温度作为物体冷热程度的量度，并不描述组成物体的单个分子的能量，而是正比于分子动能的统计平均值。 与演绎推理相对。

5 自然科学的最终目标是揭示自然界的基本规律
实验数据处理方法 第一章 引言 自然科学的最终目标是揭示自然界的基本规律 概率论证和统计推断方法越来越重要，在某些领域是必不可少的 例如：概率论和统计学方法贯穿高能物理试验的整个过程 在实验开始计划时，要估计试验的规模，即要达到所需的精度，需要获取多少事例；（绘制直方图时，为避免涨落，需要足够的数据量） 在实验建议书中，要估计所需的人力和经费，给出实验的要点和设计方案； 在整个实验过程中，要进行大量的Monte Carlo模拟，估计探测器的接收度和探测效率； 在实验数据获取阶段，在线触发判选系统选择感兴趣的事例，在线计算机将来自各子探测器的信号进行初步的处理后将该事例写到磁带上； 对所记录的事例进行检查，去掉坏事例，修正实验偏差，进行事例重建； 用理论模型对所得的实验结果进行解释，如果现有的理论模型不能解释实验结果，就要对模型进行修正，在一些特殊的情况下，将导致新规律的发现 。

6 实验 实验结果 理论 新的理论模型 新的理论预言
实验数据处理方法 第一章 引言 实验与理论之间的关系 实验 实验结果 理论 统计学 概率论（理论模型） 新的理论模型 新的理论预言 对实验结果进行 理论分析 指导实验

7 通过概率论将理论具体化为统计分布 二项式分布 组合态 态的数目(24) 磁矩 1 4 6 -4 -2 2

8 统计学在粒子物理中的应用主要包括两部分：
实验数据处理方法 第一章 引言 理论 概率和统计 实验 设某一可观测量x和一组参数θ之间存在某种对应关系（未知） 理论：给定一组参数θ，可观测量x的预期分布形式什么？概率论的问题 实验：给定一组x的观测值，确定θ的取值是什么？统计学的问题 统计学在粒子物理中的应用主要包括两部分： 参数估计（Parameter Estimation）：从一组观测值，用统计的方法求出 未知参数θ的值及其误差。 径迹拟合（中，P308） 假设检验（Hypothesis Testing）：检验理论模型所预言的参数值是否与 实验所得的值一致 。 反应角分布（中，P369）

9 实验数据处理方法 第一章 引言 径迹拟合——参数估计的例子 观测量：粒子坐标 参数：半径ri，圆心坐标

10 实验数据处理方法 第一章 引言 课程内容 第一部分：概率论基础知识； 第二部分：Monte Carlo模拟； 第三部分：统计学方法；

11 课程内容 概率论：为统计提供必要的工具 概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。 概率的基本概念：定义、性质
实验数据处理方法 第一章 引言 课程内容 概率论：为统计提供必要的工具 概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。 概率的基本概念：定义、性质 概率分布的基本性质：概率密度函数、期望值、误差传递、… 特殊的概率分布函数：二项式分布、泊松分布、高斯分布、… 实验数据和理论分布的比较：分辨率和探测效率对实验数据的影响

12 课程内容 Monte Carlo模拟：概率论的一种应用 利用随机数对随机过程进行数值模拟的方法。
实验数据处理方法 第一章 引言 课程内容 Monte Carlo模拟：概率论的一种应用 利用随机数对随机过程进行数值模拟的方法。 随机过程是随时间演进的随机现象的数学抽象。例如著名的马尔可夫过程，布朗运动（维纳）等。

13 实验数据处理方法 第一章 引言 课程内容 统计学：概率论的一种应用 指数理统计学，研究如何有效地收集、整理和分析带有随机性的数据，并作出推断和预测。这种推断称为统计推断。数理统计学是随着概率论的发展而发展起来的。当人们认识到，必须把数据看成是来自具有一定概率分布的总体，所研究的对象是这个总体而不能局限于数据本身之日，也就是数理统计学诞生之时。 置信区间、置信水平、显著性水平； 参数估计的基本概念； 最大似然法； 最小二乘法； 假设检验；

14 A.G. Frodesen, Probability and Statistics in Particle Physics
实验数据处理方法 第一章 引言 一些常用数据分析软件的使用 参考书： A.G. Frodesen, Probability and Statistics in Particle Physics 讲稿： 张学尧 王永刚

15 实验数据处理与学术道德