在前兩篇文章(時域分析——有量綱特徵值含義一網打盡、時域分析——無量綱特徵值含義一網打盡)中提到了“矩”這個概念。例如期望是一階矩,方差是二階矩等等。要怎麼理解“矩”這個概念呢?
說到“矩”,很容易想到物理學上的“力矩”,而“力矩=力臂×力”。我們從力矩開始說起。
原點矩
首先我們來看一個例子:
這裏有一個船舵,有三個船員都用力轉動船舵,不過着手點力臂分別L1 、L2和L3。那麼平均力矩是多少?
(1)
有個問題,如果有個船員反向推動船舵,要怎樣衡量大家用力的總能量呢?很簡單,將力取平方。比如F2對應的力方向相反,則平均能量可以寫成:
(2)
(1)式即一階原點距,(2)式即二階原點距。所謂一階二階,指代的是力矩的階數。前者衡量的是力矩的平均水平,後衡量的是能量。所謂“原點”,是因爲力矩的計算是指向船舵原點的,但既然有指向原點的“原點矩”,就有指向其他位置的矩,這種矩叫“中心距”。
中心矩
這個“中心”,指的是哪裏呢?——是平均值。爲了便於理解,我們將上述例子中的力取相等的F。且取L1=5l、L2=6l、L3=4l。
那麼“中心”指的就是,畫出來就是這樣:
也就是圖中的紅圈,其代表的力矩是5Fl,這是中心距計算裏的“中心”,也就是力矩的平均值。
(1)那麼一階中心距是:
是的,一階中心距一定等於零,所以你聽到的中心距一定是從二階開始的。
(2)那麼二階中心距是:
有沒有覺得眼熟?沒錯,二階中心距就是方差。它衡量的是例子中,三個力矩的離散程度,這個可以直觀地理解到。
(3)同理,三階中心距就是:
三階中心距也叫偏度。是的,跟我們之前文章裏提到的“偏度因子”是有關的。要記住帶“因子/係數”的都是無量綱的,怎樣消除的量綱呢,也很簡單,對於三階中心距,除以標準差的三次方,即可消除量綱。即:
這裏再一次印證了標準差的妙用,因爲它的量綱與原物理量一致,常常用冪指數的方式消除量綱,上一篇文章中的相關係數也是用標準差消除量綱的。
(4)依舊同理,四階中心距就是:
四階中心距也叫峭度或者峯度。峭度因子是消除量綱後的峭度,方法是除以標準差的四次方。即:
綜合上述“原點矩”和“中心矩”的描述,其一般表達式分別爲:
原點矩:
中心距:
好了,關於概率論中的“矩”的概念基本都介紹完了,下次在看到“幾階某某矩”不明白的時候可以找出這篇文章看一下,相信對你的理解能有所幫助。
總結一下
參考:
https://blog.csdn.net/huguozhiengr/article/details/81607637
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