Относительное изменение
В любой количественной науке термины «относительное изменение» и «относительная разница» используются для сравнения двух величин с учетом «размеров» сравниваемых вещей, т.е. деления на стандартное , эталонное или начальное значение. [ 1 ] Сравнение выражается в виде отношения и представляет собой безразмерное число . Умножив эти коэффициенты на 100, их можно выразить в процентах, термины «процентное изменение» , «процентная (возрастная) разница» или «относительная процентная разница» поэтому также часто используются . Термины «изменение» и «разница» используются как взаимозаменяемые. [ 2 ]
Относительное изменение часто используется в качестве количественного показателя обеспечения качества и контроля качества при повторных измерениях, когда ожидается, что результаты будут одинаковыми. Особый случай процентного изменения (относительное изменение, выраженное в процентах), называемый процентной ошибкой, возникает в ситуациях измерения, когда эталонное значение является принятым или фактическим значением (возможно, теоретически определенным), а сравниваемое с ним значение определяется экспериментально (путем измерения). .
Формула относительного изменения не работает во многих случаях. различные альтернативные формулы, называемые индикаторами относительного изменения В литературе предлагались . Некоторые авторы сочли, что изменение журнала и точки журнала являются удовлетворительными индикаторами, но они не получили широкого распространения. [ 3 ]
Определение
[ редактировать ]Учитывая две числовые величины, v ref и v с v ref некоторым эталонным значением, их фактическое изменение , фактическая разница или абсолютное изменение равно Δ v = v - v ref . Иногда также используется термин «абсолютная разница», даже если абсолютное значение не берется; знак Δ обычно одинаков, например, в возрастающем ряде данных. Если соотношение значения по отношению к эталонному значению (то есть больше или меньше) не имеет значения в конкретном приложении, абсолютное значение может использоваться вместо фактического изменения в приведенной выше формуле для получения значения для относительное изменение, которое всегда неотрицательно. Фактическая разница обычно не является хорошим способом сравнения чисел, в частности потому, что она зависит от единицы измерения. Например, 1 м равен 100 см , но абсолютная разница между 2 и 1 м равна 1, а абсолютная разница между 200 и 100 см равна 100, что создает впечатление большей разницы. [ 4 ] Но даже при постоянных единицах измерения относительное изменение помогает судить о важности соответствующего изменения. Например, увеличение цены ценности на 100 долларов считается большим, если она изменяется с 50 до 150 долларов , но довольно небольшим при изменении с 10 000 до 10 100 долларов .
Мы можем настроить сравнение, чтобы принять во внимание «размер» участвующих величин, определив положительные значения v ref :
Относительное изменение не зависит от используемой единицы измерения; например, относительное изменение от 2 до 1 м составляет -50% , то же, что и от 200 до 100 см . Относительное изменение не определяется, если опорное значение ( v ref ) равно нулю, и дает отрицательные значения для положительного увеличения, если v ref отрицательное, поэтому оно обычно не определяется и для отрицательных опорных значений. Например, мы можем захотеть вычислить относительное изменение от -10 до -6. Приведенная выше формула дает (−6) − (−10) / −10 = 4 / −10 = −0,4 , что указывает на уменьшение, но на самом деле показание увеличилось.
Мерой относительного изменения являются безразмерные числа, выраженные в виде дроби . Соответствующие значения процентного изменения можно получить путем умножения этих значений на 100 (и добавления знака %, чтобы указать, что значение представляет собой процент).
Домен
[ редактировать ]Ограничение области относительного изменения положительных чисел часто представляет собой ограничение. Чтобы избежать этой проблемы, обычно принимают абсолютное значение, чтобы формула относительного изменения работала правильно для всех ненулевых значений v ref :
Это по-прежнему не решает проблему, когда ссылка равна нулю. Вместо этого обычно используют индикатор относительных изменений и берут абсолютные значения как v , так и . Тогда единственным проблемным случаем является , которую обычно можно решить путем соответствующего расширения индикатора. Например, для среднего арифметического можно использовать следующую формулу: [ 5 ]
Процентная ошибка
[ редактировать ]Процентная ошибка — это частный случай процентной формы относительного изменения, рассчитанной на основе абсолютного изменения между экспериментальными (измеренными) и теоретическими (принятыми) значениями и деления на теоретическое (принятое) значение.
Термины «Экспериментальный» и «Теоретический», используемые в приведенном выше уравнении, обычно заменяются аналогичными терминами. Другие термины, используемые для экспериментальных значений, могут быть «измеренными», «рассчитанными» или «фактическими», а другой термин, используемый для теоретических, может быть «принят». Экспериментальная ценность — это то, что было получено с помощью вычислений и/или измерений, и ее точность проверена на соответствие теоретическому значению, значению, принятому научным сообществом, или значению, которое можно рассматривать как цель для успешного результата.
Хотя общепринятой практикой является использование версии относительного изменения с абсолютным значением при обсуждении процентной ошибки, в некоторых ситуациях может быть полезно удалить абсолютные значения, чтобы получить больше информации о результате. Таким образом, если экспериментальное значение меньше теоретического, процентная ошибка будет отрицательной. Этот отрицательный результат дает дополнительную информацию о результате эксперимента. Например, экспериментальное вычисление скорости света и получение отрицательной процентной ошибки говорит о том, что экспериментальное значение представляет собой скорость, меньшую скорости света. Это большая разница с получением положительной процентной ошибки, которая означает, что экспериментальное значение представляет собой скорость, превышающую скорость света (нарушая теорию относительности ), и это достойный внимания результат.
Уравнение процентной ошибки, если его переписать путем удаления абсолютных значений, будет выглядеть так:
Важно отметить, что два значения в числителе не коммутируют . Поэтому крайне важно сохранить указанный выше порядок: вычесть теоретическое значение из экспериментального значения, а не наоборот.
Процентное изменение
[ редактировать ]Процентное изменение — это способ выразить изменение переменной. Он представляет собой относительное изменение между старым значением и новым. [ 6 ]
Например, если сегодня дом стоит 100 000 долларов, а через год его стоимость вырастет до 110 000 долларов, процентное изменение его стоимости можно выразить как
Тогда можно сказать, что стоимость дома выросла на 10%.
В более общем смысле, если V 1 представляет старое значение, а V 2 — новое,
Некоторые калькуляторы напрямую поддерживают это через %CH или Δ% функция.
Когда рассматриваемая переменная сама является процентом, о ее изменении лучше говорить, используя процентные точки , чтобы избежать путаницы между относительной разницей и абсолютной разницей .
Пример процентов из процентов
[ редактировать ]Если бы банк поднял процентную ставку по сберегательному счету с 3% до 4%, утверждение о том, что «процентная ставка была увеличена на 1%», было бы неверным и вводящим в заблуждение. Абсолютное изменение в этой ситуации составляет 1 процентный пункт (4–3%), а относительное изменение процентной ставки составляет:
В общем, термин «процентный пункт(ы)» указывает на абсолютное изменение или разницу в процентах, тогда как знак процента или слово «процент» относится к относительному изменению или разнице. [ 7 ]
Примеры
[ редактировать ]Сравнения
[ редактировать ]Автомобиль М стоит 50 000 долларов, а автомобиль L — 40 000 долларов. Мы хотим сравнить эти затраты. [ 8 ] Что касается автомобиля L , абсолютная разница составляет 10 000 долларов США = 50 000 долларов США - 40 000 долларов США . То есть автомобиль М стоит на 10 000 долларов дороже, чем L. автомобиль Относительная разница заключается в том, и мы говорим, что автомобиль M стоит на 25% чем автомобиль L. дороже , Также принято выражать сравнение как соотношение, которое в этом примере имеет вид: и мы говорим, что автомобиль стоит 125% стоимости автомобиля L. M
В этом примере стоимость автомобиля L считалась эталонной стоимостью, но мы могли бы сделать выбор по-другому и рассматривать стоимость автомобиля M как эталонную стоимость. Абсолютная разница теперь равна -10 000 долларов = 40 000 - 50 000 долларов поскольку автомобиль L стоит на 10 000 долларов меньше, чем автомобиль М. , Относительная разница, также отрицательно, поскольку автомобиль стоит на 20% меньше, чем автомобиль M. L Относительная форма сравнения, говорит, что автомобиль L стоит 80% от автомобиля M. стоимости
Именно использование слов «из» и «меньше/больше чем» различает соотношения и относительные различия. [ 9 ]
Индикаторы относительных изменений
[ редактировать ]Вышеупомянутое (классическое) относительное изменение является лишь одним из возможных показателей/индикаторов относительного изменения. Индикатор относительного изменения от x (начальное или эталонное значение) до y (новое значение). — это двоичная функция с действительным знаком, определенная для интересующей области, которая удовлетворяет следующим свойствам: [ 10 ]
- Соответствующий знак:
- R — возрастающая функция от y , когда x фиксирован.
- R непрерывен.
- Независимо от единицы измерения: для всех , .
- Нормализовано:
Условие нормализации мотивировано наблюдением, что R масштабируется константой по-прежнему удовлетворяет остальным условиям, кроме нормализации. Более того, в силу условия независимости каждый R можно записать как функцию H с одним аргументом отношения . [ 11 ] Тогда условие нормализации состоит в том, что . Это означает, что все индикаторы ведут себя как классический, когда близко к 1 .
Обычно показатель относительного изменения представляется как фактическое изменение Δ, масштабированное некоторой функцией значений x и y , например f ( x , y ) . [ 2 ]
Как и в случае классического относительного изменения, общее относительное изменение не определено, если f ( x , y ) равно нулю. различные варианты функции f ( x , y ) : Были предложены [ 12 ]
Имя | где значение показателя |
|
---|---|---|
(Классический) Относительное изменение | х | |
Обратное относительное изменение | и | |
Изменение среднего арифметического | ||
Среднее геометрическое изменение | ||
Гармоническое среднее изменение | ||
Момент означает изменение порядка k | ||
Максимальное среднее изменение | ||
Минимальное среднее изменение | ||
Логарифмическое (среднее) изменение |
Как видно из таблицы, все показатели, кроме первых двух, имеют в знаменателе среднее значение . Одно из свойств средней функции является: [ 12 ] , что означает, что все такие индикаторы обладают свойством «симметрии», которого нет у классического относительного изменения: . Это согласуется с интуицией, согласно которой относительное изменение от x до y должно иметь ту же величину, что и относительное изменение в противоположном направлении, от y до x , точно так же, как соотношение предполагает.
Максимальное среднее изменение рекомендуется при сравнении с плавающей запятой значений в языках программирования на предмет равенства с определенным допуском. [ 13 ] Другое применение - вычисление ошибок аппроксимации , когда требуется относительная погрешность измерения. [ нужна ссылка ] Минимальное среднее изменение рекомендовано для использования в эконометрике. [ 14 ] [ 15 ] Логарифмическое изменение было рекомендовано в качестве универсальной замены относительного изменения и более подробно обсуждается ниже.
Тенхунен определяет общую функцию относительной разности от L (опорное значение) до K : [ 16 ]
что приводит к
В частности, для особых случаев ,
Логарифмическое изменение
[ редактировать ]Из этих показателей относительного изменения наиболее естественным, пожалуй, является натуральный логарифм (ln) отношения двух чисел (конечного и начального), называемый логарифмическим изменением . [ 2 ] Действительно, когда , имеет место следующее приближение:
Точно так же, как относительное изменение масштабируется на 100, чтобы получить проценты, можно масштабировать на 100, чтобы получить то, что обычно называют лог-поинтами . [ 17 ] Логарифмические точки эквивалентны единицам сантинеперов (cNp) при измерении величин корневой мощности. [ 18 ] [ 19 ] Эту величину также называют логарифмическим процентом и обозначают L% . [ 2 ] Поскольку производная натурального логарифма при 1 равна 1, точки логарифма примерно равны процентному изменению для небольших различий — например, увеличение на 1% соответствует увеличению на 0,995 сNp, а увеличение на 5% дает увеличение на 4,88 сNp. Это свойство аппроксимации не справедливо для других вариантов основания логарифма, которые вводят коэффициент масштабирования из-за того, что производная не равна 1. Таким образом, логарифмические точки можно использовать в качестве замены процентного изменения. [ 20 ] [ 18 ]
Аддитивность
[ редактировать ]Использование изменений журнала имеет преимущества аддитивности по сравнению с относительным изменением. [ 2 ] [ 18 ] В частности, при использовании журнала изменений общее изменение после серии изменений равно сумме изменений. В случае процентов суммирование изменений является лишь приблизительным, с большей ошибкой для больших изменений. [ 18 ] Например:
Изменение журнала 0 (cNp) | Изменение журнала 1 (cNp) | Общее изменение журнала (cNp) | Относительное изменение 0 (%) | Относительное изменение 1 (%) | Общее относительное изменение (%) |
---|---|---|---|---|---|
10 | 5 | 15 | 10 | 5 | 15.5 |
10 | −5 | 5 | 10 | −5 | 4.5 |
10 | 10 | 20 | 10 | 10 | 21 |
10 | −10 | 0 | 10 | −10 | −1 |
50 | 50 | 100 | 50 | 50 | 125 |
50 | −50 | 0 | 50 | −50 | −25 |
Обратите внимание, что в приведенной выше таблице, поскольку относительное изменение 0 (соответственно относительное изменение 1 ) имеет то же числовое значение, что и логарифмическое изменение 0 (соответственно логарифмическое изменение 1 ), оно не соответствует одному и тому же изменению. Преобразование между относительными и журнальными изменениями можно рассчитать как .
По аддитивности, , и, следовательно, аддитивность подразумевает своего рода свойство симметрии, а именно и, таким образом, величина изменения, выраженная в логарифмическом изменении, одинакова независимо от того, выбрано ли V 0 или V 1 в качестве эталона. [ 18 ] Напротив, для относительных изменений , с разницей становится больше, когда V 1 или V 0 приближается к 0, в то время как другой остается фиксированным. Например:
В 0 | В 1 | Изменение журнала (cNp) | Относительное изменение (%) |
---|---|---|---|
10 | 9 | −10.5 | −10.0 |
9 | 10 | +10.5 | +11.1 |
10 | 1 | −230 | −90 |
1 | 10 | +230 | +900 |
10 | 0 + | −∞ | −100 |
0 + | 10 | +∞ | +∞ |
Здесь 0 + означает взятие предела сверху в сторону 0.
Уникальность и расширения
[ редактировать ]Логарифмическое изменение — это уникальная функция двух переменных, которая является аддитивной и линеаризация которой соответствует относительному изменению. Существует семейство аддитивных разностных функций. для любого , такое, что абсолютное изменение и изменение журнала . [ 21 ]
См. также
[ редактировать ]- Ошибка аппроксимации
- Ошибки и остатки в статистике
- Относительное стандартное отклонение
- Логарифмическая шкала
Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Март 2011 г. ) |
Примечания
[ редактировать ]- ^ «МЭК 60050 — Подробности для номера МЭВ 112-03-07: «относительный» » . Международный электротехнический словарь (на японском языке) . Проверено 24 сентября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Торнквист, Вартиа и Вартия 1985 .
- ^ Торнквист, Vartia & Vartia 1985 , стр. 11: «Мы предлагаем использовать этот показатель более широко».
- ^ Вартиа 1976 , с. 9.
- ^ Миллер, Х. Рональд (29 марта 2011 г.). Оптимизация: основы и приложения . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1-118-03118-6 .
- ^ Казми, Кумаил (26 марта 2021 г.). «Калькулятор процентного увеличения» . Smadent — лучший образовательный сайт Пакистана . Издательство Смадент . Проверено 26 марта 2021 г.
- ^ Беннетт и Бриггс 2005 , с. 141
- ^ Беннетт и Бриггс 2005 , стр. 137–139.
- ^ Беннетт и Бриггс 2005 , стр.140.
- ^ Вартиа 1976 , стр. 10.
- ^ Вартиа 1976 , стр. 14.
- ^ Перейти обратно: а б с Торнквист, Вартиа и Вартиа 1985 , стр. 5.
- ^ Каков хороший способ проверить достаточно близкое равенство чисел с плавающей запятой?
- ^ Рао, Потлури; Миллер, Роджер Лерой (1971). Прикладная эконометрика . Белмонт, Калифорния, паб Wadsworth. Компания р. 17. ISBN 978-0-534-00031-8 .
- ^ Вартиа 1976 , стр. 17–18.
- ^ Тенхунен 1990 , стр. 20.
- ^ Бекеш, Габор; Кезди, Габор (6 мая 2021 г.). Анализ данных для бизнеса, экономики и политики . Издательство Кембриджского университета. п. 203. ИСБН 978-1-108-48301-8 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Карьюс, Андрес; Блайт, Ричард А.; Кирби, Саймон; Смит, Кенни (10 февраля 2020 г.). «Количественная оценка динамики актуальных колебаний языка» . Языковая динамика и изменения . 10 (1). Раздел А.3.1. arXiv : 1806.00699 . дои : 10.1163/22105832-01001200 . S2CID 46928080 .
- ^ Роу, Джон; деФорест, Расс; Джамшиди, Сара (26 апреля 2018 г.). Математика для устойчивого развития . Спрингер. п. 190. дои : 10.1007/978-3-319-76660-7_4 . ISBN 978-3-319-76660-7 .
- ^ Дойл, Патрик (24 августа 2016 г.). «Обоснование логарифмической метрики производительности» . Вена Солюшнс .
- ^ Браун, Сильван; Эрпф, Филипп; Васем, Миха (2020). «Об абсолютных и относительных изменениях». Электронный журнал ССРН . arXiv : 2011.14807 . дои : 10.2139/ssrn.3739890 . S2CID 227228720 .
Ссылки
[ редактировать ]- Беннетт, Джеффри; Бриггс, Уильям (2005), Использование и понимание математики: подход к количественному рассуждению (3-е изд.), Бостон: Пирсон, ISBN 0-321-22773-5
- «Понимание измерений и построения графиков» (PDF) . Государственный университет Северной Каролины . 20 августа 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 15 июня 2010 г. Проверено 5 мая 2010 г.
- «Процентная разница – процентная ошибка» (PDF) . Государственный университет Иллинойса, факультет физики. 20 июля 2004 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 июля 2019 г. Проверено 5 мая 2010 г.
- Торнквист, Лео; Вартиа, Пентти; Вартиа, Юрьё (1985), «Как следует измерять относительные изменения?» (PDF) , Американский статистик , 39 (1): 43–46, doi : 10.2307/2683905 , JSTOR 2683905
- Тенхунен, Лаури (1990). Методы CES и паритетного производства, распределение доходов и неоклассическая теория производства (доктор философии). А. Том. 290. Университет Тампере.
- Вартиа, Юрьё О. (1976). Относительные изменения и индексные номера (PDF) . ETLA A 4. Хельсинки: Научно-исследовательский институт финской экономики. ISBN 951-9205-24-1 . Проверено 20 ноября 2022 г.