自由度
一、统计学和计量经济学中的自由度(df)
统计学上的自由度(degree of freedom, df),是指当以样本的统计量来估计总体的参数时, 样本中独立或能自由变化的资料的个数,称为该统计量的自由度。
例如,在估计总体的平均数时,样本中的 个数全部加起来, 其中任何一个数都和其他资料相独立,从其中抽出任何一个数都不影响其他资料(这也是随机抽样所要求的)。 因此一组资料中每一个资料都是独立的,所以自由度就是估计总体参数时独立资料的数目,而平均数是根据 个独立资料来估计的,因此自由度为 n。
二、物理学中的自由度
完全确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标的数目,叫做这个物体的自由度。力学系统由一组坐标来描述。
质点自由度
(1)一个质点在空间任意运动,需用三个独立坐标(x,y,z)确定其位置。所以自由质点有三个平动自由度 i = 3。
(2)如果对质点的运动加以限制(约束),自由度将减少。如质点被限制在平面或曲面上运动,则 i= 2;如果质点被限制在直线或平面曲线(不是空间曲线)上运动,则其自由度 i = 1。
刚体自由度[2]
一个刚体在空间任意运动时,可分解为质心 O’ 的平动和绕通过质心轴的转动,它既有平动自由度还有转动自由度。确定刚体质心O’的位置,需三个独立坐标(x,y,z)—自由刚体有三个平动自由度 t = 3;
确定刚体通过质心轴的空间方位──三个方位角(α,β,γ)中只有其中两个是独立的──需两个转动自由度;另外还要确定刚体绕通过质心轴转过的角度θ──还需一个转动自由度。这样,确定刚体绕通过质心轴的转动,共有三个转动自由度 r = 3。所以,一个任意运动的刚体,总共有6个自由度,即3个平动自由度和3个转动自由度,即i = t + r = 3 + 3 = 6
分子自由度[1]
(1)单原子分子:如氦He、氖Ne、氩Ar等分子只有一个原子,可看成自由质点,所以有3个平动自由度 i = t = 3。
(2)刚性双原子分子如氢 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子,两个原子间联线距离保持不变。就像两个质点之间由一根质量不计的刚性细杆相连着(如同哑铃),确定其质心O’的空间位置,需3个独立坐标(x,y,z);确定质点联线的空间方位,需两个独立坐标(如α,β),而两质点绕联线的的转动没有意义。所以刚性双原子分子既有3个平动自由度,又有2个转动自由度,总共有5个自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。
(3)刚性三原子或多原子分子: 如CO2 ,H2O 、氨 等,只要各原子不是直线排列的,就可以看成自由刚体,共有6个自由度,i = t + r = 3 + 3 = 6。
(4)对于非刚性分子,由于在原子之间相互作用力的支配下,分子内部还有原子的振动,因此还应考虑振动自由度(以S 表示)。如非刚性双原子分子,好像两原子之间有一质量不计的细弹簧相连接,则振动自由度 S = 1。
一般在常温下,气体分子都近似看成是刚性分子,振动自由度可以不考虑。
力学系统由一组坐标来描述。比如一个质点的三维空间中的运动,在笛卡尔坐标系中,由x,y,z三个坐标来描述;或者在球坐标系中,由r,θ,φ三个坐标描述。描述系统的坐标可以自由的选取,但独立坐标的个数总是一定的,即系统的自由度。一般的,N个质点组成的力学系统由3N个坐标来描述。但力学系统中常常存在着各种约束,使得这3N个坐标并不都是独立的。对于N个质点组成的力学系统,若存在m个约束,则系统的自由度为S = 3N − m
在统计学里,自由度(degree of freedom, df)是指当以样本的统计量来估计总体的参数时,样本中独立或能自由变化的数据的个数称为该统计量的自由度。
例如,在估计总体的平均数时,样本中的n个数全部加起来,其中任何一个数都和其他数据相独立,从其中抽出任何一个数都不影响其他数据(这也是随机抽样所要求的)。因此一组数据中每一个数据都是独立的,所以自由度就是估计总体参数时独立数据的数目,而平均数是根据n个独立数据来估计的,因此自由度为n 。
工件定位的实质就是要限制对加工有不良影响的自由度。设空间有一固定点,一件的底面与该点保持接触,那么工件没Z轴的位置自由度便被限制了。