Неопределенность - Uncertainty

Для просмотра одноименного фильма см. Неопределенность (фильм).
Часть серии по
Эпистемология

Основные концепции

Отличия

Школы мысли

Темы и просмотры

Специализированные области запроса

Известные эпистемологи

Связанные поля

Часто возникают ситуации, когда необходимо принять решение, когда результаты каждого возможного выбора не определены.

Неопределенность относится к эпистемический ситуации, связанные с несовершенными или неизвестными Информация. Это применимо к предсказаниям будущих событий, к физическим измерениям, которые уже сделаны, или к неизвестному. Неопределенность возникает в частично наблюдаемый и / или стохастический среды, а также из-за невежество, праздность, или оба.[1] Он возникает в любом количестве полей, в том числе страхование, философия, физика, статистика, экономика, финансы, психология, социология, инженерное дело, метрология, метеорология, экология и информационная наука.

Концепции

Хотя эти термины используются по-разному среди широкой публики, многие специалисты в теория принятия решений, статистика и другие количественные области определяют неопределенность, риск и их измерение как:

Неопределенность
Отсутствие уверенность, состояние ограниченных знаний, при котором невозможно точно описать существующее состояние, будущий результат или более одного возможного результата.[нужна цитата ]
Измерение неопределенности
Набор возможных состояний или результатов, при которых вероятности присваиваются каждому возможному состоянию или результату - это также включает применение функция плотности вероятности к непрерывным переменным.[2]
Неопределенность второго порядка
В статистике и экономике неопределенность второго порядка представлена ​​функциями плотности вероятностей по вероятностям (первого порядка).[3][4].
Мнения в субъективная логика [5] несут этот тип неопределенности.
Риск
Состояние неопределенности, при котором некоторые возможные результаты приводят к нежелательным последствиям или значительным потерям.
Измерение риска
Набор измеренных неопределенностей, где некоторые возможные результаты - потери, и величины этих потерь - сюда также входят функции потерь по непрерывным переменным.[6][7][8][9]
Knightian неопределенность
По экономике в 1921 г. Фрэнк Найт отличил неопределенность от риска, где неопределенность - это отсутствие знаний, которые неизмеримо и невозможно рассчитать; теперь это называется Knightian неопределенность:

Неопределенность следует понимать в смысле, радикально отличном от привычного понятия риска, от которого она никогда не отделялась должным образом ... Существенный факт состоит в том, что «риск» означает в некоторых случаях величину, поддающуюся измерению, в то время как в других случаях это что-то явно не этого характера; и существуют далеко идущие и решающие различия в подходах к явлениям в зависимости от того, какое из двух действительно присутствует и действует ... Будет казаться, что измеримая неопределенность или собственно «риск», как мы будем использовать термин , настолько отличается от неизмеримого, что в действительности вовсе не является неопределенностью.

— Фрэнк Найт (1885–1972), Риск, неопределенность и прибыль (1921), Чикагский университет.[10]

Вы не можете быть уверены в неопределенности.

— Фрэнк Найт

Другие систематики неопределенностей и решений включают более широкое понимание неопределенности и то, как к ней следует подходить с этической точки зрения:[11]

Таксономия неопределенности
Есть некоторые вещи, которые вы знаете как истинные, а другие - как ложные; тем не менее, несмотря на эти обширные знания, которые у вас есть, остается еще много вещей, истина или ложь которых вам не известны. Мы говорим, что вы не уверены в них. Вы не уверены, в той или иной степени, обо всем в будущем; многое из прошлого скрыто от вас; и есть много настоящего, о котором вы не имеете полной информации. Неопределенность повсюду, и вы не можете избежать ее.

Деннис Линдли, Понимание неопределенности (2006)

Например, если неизвестно, пойдет ли завтра дождь или нет, то существует состояние неопределенности. Если вероятности применяются к возможным результатам с использованием прогнозов погоды или даже просто калиброванная оценка вероятности, неопределенность была определена количественно. Предположим, что вероятность солнечного света составляет 90%. Если на завтра запланировано крупное, дорогостоящее мероприятие на открытом воздухе, существует риск, поскольку вероятность дождя составляет 10%, а дождь будет нежелательным. Кроме того, если это деловое мероприятие и 100 000 долларов будут потеряны в случае дождя, тогда риск был определен количественно (10% шанс потерять 100 000 долларов). Эти ситуации можно сделать еще более реалистичными, если измерить небольшой дождь по сравнению с сильным дождем, стоимость задержек по сравнению с полной отменой и т. Д.[нужна цитата ]

Некоторые могут представлять риск в этом примере как «ожидаемую потерю возможности» (EOL) или вероятность убытка, умноженную на сумму убытка (10% × 100 000 долларов = 10 000 долларов). Это полезно, если организатор мероприятия «нейтрален к риску», чего не придерживается большинство людей. Большинство будет готово заплатить премию, чтобы избежать потерь. Страховая компания, например, вычислила бы EOL как минимум для любого страхового покрытия, а затем добавила бы к этим другим операционным расходам и прибыли. Поскольку многие люди готовы покупать страховку по многим причинам, очевидно, что только EOL не является предполагаемой ценностью избежания риска.

Количественное использование терминов неопределенность и риск достаточно согласуется с такими областями, как теория вероятности, актуарная наука, и теория информации. Некоторые также создают новые термины без существенного изменения определений неопределенности или риска. Например, неожиданный вариация неопределенности, иногда используемая в теория информации. Но помимо математического использования этого термина, его использование может широко варьироваться. В когнитивная психология, неопределенность может быть реальной или просто вопросом восприятия, например ожидания, угрозы и др.

Нечеткость это форма неуверенности, при которой аналитик не может четко различать два разных класса, например «человек среднего роста». и «высокий человек». Эту форму нечеткости можно смоделировать с помощью некоторого изменения Заде с нечеткая логика или субъективная логика.

Двусмысленность это форма неопределенности, при которой даже возможные результаты имеют неясное значение и интерпретацию. Заявление «Он возвращается из банка» неоднозначно, потому что его интерпретация зависит от того, означает ли слово «банк» как "сторона реки" или «финансовое учреждение». Двусмысленность обычно возникает в ситуациях, когда несколько аналитиков или наблюдателей по-разному интерпретируют одни и те же утверждения.[нужна цитата ]

Неопределенность может быть следствием незнания доступных фактов. То есть может существовать неуверенность в том, будет ли работать новая конструкция ракеты, но эту неопределенность можно устранить с помощью дальнейшего анализа и экспериментов.

На субатомном уровне неопределенность может быть фундаментальным и неизбежным свойством Вселенной. В квантовая механика, то Принцип неопределенности Гейзенберга накладывает ограничения на то, сколько наблюдатель может знать о положении и скорости частицы. Это может быть не просто незнание потенциально доступных фактов, но и отсутствие фактов. В физике ведутся споры относительно того, является ли такая неопределенность непреодолимым свойством природы или существуют «скрытые переменные», которые описывают состояние частицы даже более точно, чем позволяет принцип неопределенности Гейзенберга.[нужна цитата ]

Измерения

Основная статья: Погрешность измерения
Смотрите также: Количественная оценка неопределенности и Распространение неопределенности

Наиболее часто используемая процедура для расчета неопределенности измерения описана в «Руководстве по выражению неопределенности измерения» (GUM), опубликованном ISO. Производное произведение - это, например, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) Техническая записка 1297, «Рекомендации по оценке и выражению неопределенности результатов измерений NIST» и публикация Eurachem / Citac «Количественная оценка неопределенности в аналитических измерениях». Неопределенность результата измерения обычно складывается из нескольких компонентов. Компоненты рассматриваются как случайные переменные, и могут быть сгруппированы в две категории в соответствии с методом, используемым для оценки их числовых значений:

Распространяя отклонения компонентов через функцию, связывающую компоненты с результатом измерения, суммарная неопределенность измерения дается как квадратный корень из результирующей дисперсии. Самая простая форма - это среднеквадратичное отклонение повторного наблюдения.

В метереология, физика, и инженерное дело, неопределенность или погрешность измерения, если это явно указано, дается диапазоном значений, которые могут включать истинное значение. Это можно обозначить как планки погрешностей на графе, либо следующими обозначениями:[нужна цитата ]

  • измеренное значение ± неуверенность
  • измеренное значение + неопределенность
    −неопределенность
  • измеренное значение (неуверенность)

В последних обозначениях круглые скобки являются краткими обозначениями ±. Например, применяя 101⁄2 метров в научном или инженерном приложении, это может быть написано 10,5 м или 10,50 м, по соглашению с точностью до в пределах одна десятая метра или одна сотая. Точность симметрична относительно последней цифры. В данном случае это половина десятой вверх и половина десятой вниз, поэтому 10,5 означает от 10,45 до 10,55. Таким образом понял что 10,5 означает 10.5±0.05, а 10,50 означает 10.50±0.005, также написано 10.50(5) и 10.500(5) соответственно. Но если точность находится в пределах двух десятых, погрешность составляет ± одну десятую, и это требуется чтобы быть ясным: 10.5±0.1 и 10.50±0.01 или 10.5(1) и 10.50(1). Цифры в скобках применять цифру слева от себя, и не являются частью этого числа, а являются частью обозначения неопределенности. Они относятся к младшие значащие цифры. Например, 1.00794(7) означает 1.00794±0.00007, в то время как 1.00794(72) означает 1.00794±0.00072.[12] Это краткое обозначение используется, например, ИЮПАК в заявлении атомная масса из элементы.

Среднее обозначение используется, когда ошибка не симметрична относительно значения - например, 3.4+0.3
−0.2. Это может произойти, например, при использовании логарифмической шкалы.

Неопределенность измерения может быть определена путем повторения измерения для получения оценки стандартного отклонения значений. Тогда любое отдельное значение имеет неопределенность, равную стандартному отклонению. Однако, если значения усреднены, то среднее значение измерения имеет гораздо меньшую погрешность, равную стандартная ошибка среднего значения, которое представляет собой стандартное отклонение, деленное на квадратный корень из числа измерений. Эта процедура не учитывает систематические ошибки, Однако.[нужна цитата ]

Когда неопределенность представляет собой стандартную ошибку измерения, то примерно в 68,3% случаев истинное значение измеренной величины попадает в указанный диапазон неопределенности. Например, вполне вероятно, что для 31,7% значений атомной массы, указанных на список элементов по атомной массе, истинное значение находится за пределами указанного диапазона. Если ширина интервала увеличена вдвое, то, вероятно, только 4,6% истинных значений лежат вне удвоенного интервала, а если ширина увеличена втрое, вероятно, только 0,3% лежат за пределами удвоенного интервала. Эти значения следуют из свойств нормальное распределение, и они применимы только в том случае, если в процессе измерения возникают нормально распределенные ошибки. В этом случае цитируемый стандартные ошибки легко конвертируются в 68,3% ("один сигма "), 95,4% (" две сигмы ") или 99,7% (" три сигма ") доверительные интервалы.[нужна цитата ]

В этом контексте неопределенность зависит как от тщательность и точность измерительного прибора. Чем ниже точность и прецизионность прибора, тем больше неопределенность измерения. Прецизионность часто определяется как стандартное отклонение повторных измерений данного значения, а именно с использованием того же метода, описанного выше, для оценки неопределенности измерения. Однако этот метод верен только тогда, когда прибор точен. Когда он неточен, неопределенность больше, чем стандартное отклонение повторных измерений, и кажется очевидным, что неопределенность не зависит только от инструментальной точности.

В прессе

Неопределенность в науке и науке в целом может интерпретироваться по-разному в общественной сфере, чем в научном сообществе.[13] Частично это связано с разнообразием публики и тенденцией ученых неправильно понимать непрофессиональную аудиторию и, следовательно, не передавать идеи ясно и эффективно.[13] Один пример объясняется модель дефицита информации. Кроме того, в общественной сфере часто слышно множество научных голосов, высказывающих мнение по одной теме.[13] Например, в зависимости от того, как проблема сообщается в публичной сфере, расхождения между результатами нескольких научных исследований из-за методологических различий могут быть интерпретированы общественностью как отсутствие консенсуса в ситуации, когда консенсус действительно существует.[13] Эта интерпретация могла быть даже продвинута намеренно, поскольку научная неопределенность может быть использована для достижения определенных целей. Например, отрицатели изменения климата последовал совету Фрэнк Лунц к кадру глобальное потепление как проблема научной неопределенности, которая предшествовала фрейму конфликта, который использовали журналисты при освещении проблемы.[14]

«Можно свободно сказать, что неопределенность применяется к ситуациям, в которых не все параметры системы и их взаимодействия полностью известны, тогда как незнание относится к ситуациям, в которых неизвестно то, что неизвестно».[15] Эти неизвестные, неопределенность и незнание, которые существуют в науке, часто «трансформируются» в неопределенность, когда сообщаются общественности, чтобы сделать проблемы более управляемыми, поскольку научная неопределенность и невежество - это трудные концепции для ученых, которые трудно передать, не теряя доверия.[13] И наоборот, неопределенность часто интерпретируется общественностью как невежество.[16] Превращение неопределенности и незнания в неопределенность может быть связано с неправильным толкованием неопределенности общественностью как невежества.

Журналисты могут раздувать неопределенность (делая науку более неопределенной, чем она есть на самом деле) или преуменьшать неопределенность (делая науку более достоверной, чем она есть на самом деле).[17] Один из способов, с помощью которого журналисты раздувают неопределенность, - это описание нового исследования, которое противоречит прошлым исследованиям, без предоставления контекста для изменений.[17] Журналисты могут придавать ученым, придерживающимся взглядов меньшинства, равный вес с учеными, придерживающимися взглядов большинства, без адекватного описания или объяснения состояния научный консенсус по вопросу.[17] Точно так же журналисты могут уделять не-ученым такое же внимание и важность, как и ученые.[17]

Журналисты могут преуменьшить неопределенность, устранив «тщательно выбранные предварительные формулировки ученых, и, потеряв эти оговорки, информация будет искажена и представлена ​​как более определенная и убедительная, чем она есть на самом деле».[17] Кроме того, истории с одним источником или без какого-либо контекста предыдущих исследований означают, что рассматриваемая тема представлена ​​как более определенная и определенная, чем на самом деле.[17] Часто к научная журналистика это также помогает преуменьшить значение неопределенности.[17] Наконец, что особенно заметно в этом исследовании, когда журналисты представляют науку как триумфальный поиск, неопределенность ошибочно оформляется как «сокращаемую и разрешимую».[17]

Некоторые режимы работы СМИ и организационные факторы влияют на преувеличение неопределенности; другие средства массовой информации и организационные факторы помогают повысить определенность проблемы. Поскольку широкая общественность (в Соединенных Штатах) обычно доверяет ученым, когда научные статьи освещаются без тревожных сигналов со стороны организаций с особыми интересами (религиозных групп, экологических организаций, политических фракций и т. Д.), Они часто освещаются с точки зрения бизнеса. , в рамках экономического развития или социального прогресса.[18] Природа этих рамок состоит в том, чтобы преуменьшить или устранить неопределенность, поэтому, когда экономические и научные перспективы сосредоточены на ранних этапах цикла проблем, как это произошло с освещением биотехнологии растений и нанотехнологий в Соединенных Штатах, рассматриваемый вопрос кажется более определенным и определенным. определенный.[18]

Иногда акционеры, владельцы или рекламодатели оказывают давление на СМИ, чтобы они продвигали деловые аспекты научного вопроса, и поэтому любые заявления о неопределенности, которые могут поставить под угрозу интересы бизнеса, преуменьшаются или исключаются.[17]

Приложения

  • Неопределенность заложена в игры, особенно в азартные игры, где шанс центральное место в игре.
  • В научное моделирование, в котором предсказание будущих событий следует понимать как имеющее диапазон ожидаемых значений
  • В оптимизация неопределенность позволяет описывать ситуации, когда пользователь не имеет полного контроля над конечным результатом процедуры оптимизации, см. оптимизация сценария и стохастическая оптимизация.
  • Неопределенность или ошибка используется в обозначениях науки и техники. Числовые значения должны быть выражены только теми цифрами, которые имеют физический смысл, которые называются значимые фигуры. Неопределенность присутствует в каждом измерении, таком как измерение расстояния, температуры и т. Д., Степень зависит от инструмента или техники, использованной для выполнения измерения. Точно так же неопределенность распространяется через вычисления, так что вычисленное значение имеет некоторую степень неопределенности, зависящую от неопределенностей измеренных значений и уравнения, используемого в вычислении.[19]
  • В физика, Гейзенберг принцип неопределенности составляет основу современной квантовая механика.
  • В метрология, погрешность измерения является центральной концепцией количественной оценки дисперсии, которую можно обоснованно отнести к результату измерения. Такую неопределенность также можно назвать измерением. ошибка. В повседневной жизни неопределенность измерения часто подразумевается («Его рост 6 футов» плюс-минус несколько дюймов), в то время как для любого серьезного использования необходимо явное определение неопределенности измерения. Ожидаемая неопределенность измерения многих измерительные приборы (весы, осциллографы, датчики силы, линейки, термометры и т. д.) часто указывается в спецификациях производителей.
  • В инженерное дело неопределенность может использоваться в контексте валидации и верификации моделирования материалов.[20]
  • Неопределенность была распространенной темой в искусстве как в качестве тематического приема (см., Например, нерешительность Гамлет ), и как затруднение для художника (например, Мартин Крид затрудняюсь решить, какие работы делать).
  • Неопределенность - важный фактор экономика. По мнению экономиста Фрэнк Найт, это отличается от рисковать, где есть конкретный вероятность назначается каждому исходу (как при подбрасывании честной монеты). Неопределенность Найта включает ситуацию, вероятность которой неизвестна.
  • Инвестировать в финансовые рынки например, фондовый рынок включает в себя квантовую неопределенность, когда вероятность редкого, но катастрофического события неизвестна.

Философия

Основная статья: Философский скептицизм

В Западная философия первым философом, принявшим неопределенность, был Пиррон[21] в результате Эллинистические философии из Пирронизм и Академический скептицизм, первые школы философский скептицизм. Апория и акаталепсия представляют ключевые концепции древнегреческой философии относительно неопределенности.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Питер Норвиг; Себастьян Трун. «Введение в искусственный интеллект». Udacity.
  2. ^ Кабир, Х. Д., Хосрави, А., Хосен, М. А., и Нахаванди, С. (2018). Количественная оценка неопределенности на основе нейронных сетей: обзор методологий и приложений. Доступ IEEE. Vol. 6, Страницы 36218 - 36234, Дои:10.1109 / ACCESS.2018.2836917
  3. ^ Гарденфорс, Питер; Сахлин, Нильс-Эрик (1982). «Ненадежные вероятности, принятие рисков и принятие решений». Синтез. 53 (3): 361–386. Дои:10.1007 / BF00486156. S2CID  36194904.
  4. ^ Дэвид Сандгрен и Александр Карлссон. Уровни неопределенности вероятности второго порядка.Полибитс, 48:5–11, 2013.
  5. ^ Audun Jøsang. Субъективная логика: формализм рассуждений в условиях неопределенности. Спрингер, Гейдельберг, 2016.
  6. ^ Дуглас Хаббард (2010). Как измерить что угодно: определение ценности нематериальных активов в бизнесе2-е изд. Джон Вили и сыновья. Описание В архиве 2011-11-22 на Wayback Machine, содержание В архиве 2013-04-27 в Wayback Machine, и предварительный просмотр.
  7. ^ Жан-Жак Лаффон (1989). Экономика неопределенности и информации, MIT Press. Описание В архиве 2012-01-25 в Wayback Machine и глава-превью ссылки.
  8. ^ Жан-Жак Лаффон (1980). Очерки экономики неопределенности, Издательство Гарвардского университета. Глава-превью ссылки.
  9. ^ Роберт Г. Чемберс и Джон Куиггин (2000). Неопределенность, производство, выбор и агентство: подход, основанный на контингенте государства. Кембридж. Описание и предварительный просмотр. ISBN  0-521-62244-1
  10. ^ Найт, Ф. Х. (1921). Риск, неопределенность и прибыль. Бостон: Харт, Шаффнер и Маркс.
  11. ^ Таннерт К., Элверс HD, Джандриг Б. (2007). «Этика неопределенности. В свете возможных опасностей исследование становится моральным долгом». EMBO Rep. 8 (10): 892–6. Дои:10.1038 / sj.embor.7401072. ЧВК  2002561. PMID  17906667.
  12. ^ «Стандартная неопределенность и относительная стандартная неопределенность». CODATA Справка. NIST. В архиве из оригинала 16 октября 2011 г.. Получено 26 сентября 2011.
  13. ^ а б c d е Зер, С. К. (1999). Представления ученых о неопределенности. В: Фридман, С.М., Данвуди, С., и Роджерс, К.Л. (ред.), Передача неопределенности: освещение в СМИ новой и противоречивой науки (3–21). Махва, Нью-Джерси: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.
  14. ^ Nisbet, M .; Шойфеле, Д. А. (2009). «Что ждет научное общение дальше? Перспективные направления и отвлекающие факторы». Американский журнал ботаники. 96 (10): 1767–1778. Дои:10.3732 / ajb.0900041. PMID  21622297.
  15. ^ Shackley, S .; Винн, Б. (1996). «Представление неопределенности в глобальной науке и политике в области изменения климата: ограничивающие устройства и авторитет». Наука, технологии и человеческие ценности. 21 (3): 275–302. Дои:10.1177/016224399602100302. S2CID  145178297.
  16. ^ Somerville, R.C .; Хассол, С. Дж. (2011). «Распространение информации об изменении климата». Физика сегодня. 64 (10): 48–53. Bibcode:2011ФТ .... 64дж..48С. Дои:10.1063 / pt.3.1296.
  17. ^ а б c d е ж г час я Stocking, H. (1999). «Как журналисты справляются с научной неопределенностью». В Friedman, S.M .; Dunwoody, S .; Роджерс, К. Л. (ред.). Общаясь Неопределенность: Освещение в СМИ Новые и Спорные науки. Махва, Нью-Джерси: Лоуренс Эрлбаум. стр.23–41. ISBN  978-0-8058-2727-9.
  18. ^ а б Nisbet, M .; Шойфеле, Д. А. (2007). «Будущее общественной активности». Ученый. 21 (10): 38–44.
  19. ^ Грегори, Кент Дж .; Биббо, Джованни; Паттисон, Джон Э. (2005). «Стандартный подход к неопределенности измерений для ученых и инженеров в области медицины». Австралазийские физические и инженерные науки в медицине. 28 (2): 131–139. Дои:10.1007 / BF03178705. PMID  16060321. S2CID  13018991.
  20. ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала от 26.09.2015. Получено 2016-07-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  21. ^ Пиррон, Интернет-энциклопедия философии https://www.iep.utm.edu/pyrrho/

дальнейшее чтение

внешние ссылки