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/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / sci / math / stat / 1847 < prev    next >
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Text File  |  1992-09-10  |  5.3 KB  |  113 lines

  1. Newsgroups: sci.math.stat
  2. Path: sparky!uunet!usc!zaphod.mps.ohio-state.edu!pacific.mps.ohio-state.edu!linac!att!cbnewsc!cbfsb!cbnewsf.cb.att.com!rizzo
  3. From: rizzo@cbnewsf.cb.att.com (anthony.r.rizzo)
  4. Subject: Re: Least Square Errors
  5. Message-ID: <1992Sep10.151722.14213@cbfsb.cb.att.com>
  6. Sender: news@cbfsb.cb.att.com
  7. Organization: AT&T
  8. References: <1992Sep9.150541.15735@cbfsb.cb.att.com> <thompson.716095751@daphne.socsci.umn.edu>
  9. Date: Thu, 10 Sep 1992 15:17:22 GMT
  10. Lines: 101
  11.  
  12. In article <thompson.716095751@daphne.socsci.umn.edu> thompson@atlas.socsci.umn.edu writes:
  13. >rizzo@cbnewsf.cb.att.com (anthony.r.rizzo) writes:
  14. >
  15. >>I have experimental data, a calibration curve of sorts, for the
  16. >>thermal output of a strain gauge.  I've fitted a 4th degree polynomial
  17. >>to the data, by the method of least square errors, and I'm using
  18. >>the polynomial to correct strain gauge readings taken at various
  19. >>temperatures.  My quandary is that the polynomial does not pass
  20. >>through the one point of which I'm dead certain, (20,0).  The instrument
  21. >>with which the data were collected was zeroed at 20 C.  So, the
  22. >>curve, ideally, should pass through (20,0). 
  23. >
  24. >To answer a question like this you must really think about why you
  25. >think there are errors in the data to begin with.  You have already
  26. >done some of this since you tell us that you are "dead certain" that
  27. >(20,0) is on the curve.  But least squares (or constrained least
  28. >squares) implicitly assumes that all of the other errors have equal
  29. >variance.  Given your description of the problem I suspect that it
  30. >might be more reasonable to assume that points that are close to the
  31. >"zeroing" point would have smaller errors than points that are far
  32. >away.
  33.  
  34. The points that are closer to the zeroing point have smaller
  35. errors in an absolute sense.  As a percentage of the readings
  36. the errors aren't necessarily smaller.
  37.  
  38. >If this is the case, then you should consider weighting observations
  39. >taken at temperatures close to 20 C more heavily than observations
  40. >elsewhere in whatever statistical procedure you employ.  (However,
  41. >going overboard in this respect exposes you to excessive dependence on
  42. >just a few of the observations.)
  43.  
  44. I wasn't aware of "constrained" least squares.  And I hadn't
  45. considered "weighted" least squares.  The latter sounds like
  46. a rather painless way to go.  It also seems to make more sense
  47. in my case, since I'm more interested in accuracy near 20C.
  48.  
  49. >On the other hand, you should ask yourself why you are dead certain
  50. >that the true curve goes through (20,0).  You seem to be implicitly
  51. >assuming that there were no measurement errors present either in the
  52. >strain gauge reading or in the calibration instrument when you did the
  53. >zeroing.
  54.  
  55. The bridge circuit was balanced at 20C.  This is comparable to
  56. saying that the thermal output of the gauge-sample system is
  57. zero by definition at 20C.  The actual strain measurements,
  58. after the thermal output curve is generated, are then taken
  59. at temperatures other than 20C, with the sample subjected to
  60. structural loads.  But the bridge circuit is balanced again
  61. at 20C before the structure is loaded.  Of course, there is
  62. some variation here.  But that is much smaller than what exists
  63. during the test.
  64.  
  65. >>Two options are available to me.  First, I can simply change the
  66. >>value of the constant term in my polynomial, so as to shift
  67. >>the curve up or down by the required amount.  But this will give
  68. >>me a new curve that DOES NOT minimize the squares of the errors.
  69. >>Second, I can re-derive the equations such that the fitted curve
  70. >>is CONSTRAINED to pass through (20,0).  (This would not be unlike
  71. >>the application of boundary conditions by the theoretical method
  72. >>in finite element problems.)  Doing so should insure that
  73. >>the curve pass through (20,0), while still giving me coefficients
  74. >>that minimize the square of the errors.  Now my questions:  
  75. >
  76. >Certainly there are other possibilities.  Option (1) is equivalent to
  77. >assuming that (a) there is no measurement error at (20,0) and (b)
  78. >there is a constant bias in the errors for all of the other
  79. >observations.  
  80.  
  81. You've very eloquently stated my reasons for not using option (1).
  82. I have no reason to believe that there is any bias in the
  83. erros for all the other points.
  84.  
  85. >Option (2) implicitly assumes that (a) there is no
  86. >measurement error at (20,0) and (c) all of the other observations have
  87. >error that is unbiased and of equal variance.  It is not clear to me
  88. >that any of the assumptions (a), (b) or (c) is reasonable.
  89.  
  90. Assumption (a) comes close to being true.  The measurement error
  91. at the zeroing point is much smaller than the erros in the other
  92. observations.  Before zeroing the instrument, I had the luxury of
  93. letting everything come to thermal equilibrium.  I could only
  94. come close to thermal equilibrium during the actual observations.
  95. This alone is reason for the assumption that the measurement error
  96. at (20,0) is very small in comparison to the other observations.
  97.  
  98. Assumption (c) comes close.  I have no
  99. reason to suspect a bias in the errors of the other observations.
  100. If there was some systematic error, I'm not aware of it.
  101. I can make no statement about the variance, other than to say
  102. that the points appear to lie on a curve.
  103.  
  104. >--
  105. >T. Scott Thompson              email:  thompson@atlas.socsci.umn.edu
  106. >Department of Economics        phone:  (612) 625-0119
  107. >University of Minnesota        fax:    (612) 624-0209
  108.  
  109. Thanks!
  110.  
  111. Tony
  112.  
  113.