Doğruluk ve kesinlik

Mühendislik, endüstri ve istatistikte, bir ölçüm sisteminin doğruluğu, bir niceliğin ölçüm değerinin asıl (gerçek) değerine olan yakınlık derecesidir. Bir ölçüm sisteminin kesinliği (tekrarlanabilirliği veya yinelenebilirliği de denir), aynı şartlardaki ölçümlerin aynı sonucu verme derecesidir. Gündelik dilde iki terim eş anlama gelebilmekteyse de bilimsel yöntemde ikisi özellikle ayrı ayrı kullanılımaktadır.
Bir ölçüm sistemi doğru olup kesin olmayabilir, kesin olup doğru olmayabilir, ikisi de olmayabilir veya her ikisi de olabilir. Mesela, bir deneyde sistematik hata varsa, örneklem büyüklüğünü artırmak genelde kesinliği artırır ama doğruluğu iyileştirmez. Sistematik hatayı yok etmek doğruluğu iyileştirir ama kesinliği artırmaz.
Bir ölçüm sistemi hem doğru hem de kesinse, ona geçerli denir. Yanlılık, (bağımsız değişken ile ilintisiz bir unsur veya unsurların neden olduğu rassal olmayan ve yönlü etkilerdir. Bir diğer ilgili terim olan hata ise rassal değişkenlik olarak tanımlanır.
Doğruluk ve kesinlik terimleri dolaylı ölçümlere de uygulanır, yani gözlemlenen verilerden hesaplanan değerler için de.
Bu iki terime ek olarak, ölçümlerde ölçüm çözünürlüğünden de bahsedilebilir, bu, ölçümde bir farklılık yaratan, ölçülen cisimdeki en küçük değişikliktir. Bunun kesinliği düşük olabilir.
Doğruluk ve kesinlik; hedef benzetmesi
Doğruluk ve kesinlik arasındaki farkı anlatmak için bir hedef benzetmesi yapılabilir. Bu benzetmede, tekrar edilen ölçümler bir hedefe atılan oklar olarak düşünülmektedir. Doğruluk, okların hedefin merkezine olan yakınlığına karşılık gelir, merkeze yakın saplanan oklar daha "doğru" sayılır. Bir ölçme sistemiyle elde edilen değerler kabul edilen değere ne kadar yakınsa bu sistemin o kadar doğrudur.
Benzetmeye devam edersek, eğer çok sayıda ok atılırsa, saplanmış oklar kümesinin genişliği kesinliktir (tek bir ok atılması söz konusuysa, bu işlemi pek çok kere tekrar edilirse elde edilecek kümenin genişliği kesinliğe karşılık gelir). Eğer tüm oklar sıkıca bir arada yer alıyorsa bu grup "kesin"dir, çünkü hepsi aynı noktaya yakın saplanmışlardır, bu nokta hedefin merkezi olmasa dahi. Ölçümler kesindir ama doğru olmayabilir.
Ancak, kesinlik olmadan doğruluk elde etmek mümkün değildir. Eğer oklar birbirine yakın bir öbek oluşturmamışsa hepsi birden hedef merkezine yakın olamaz. Ortalama pozisyonları hedef ortasının doğru bir kestirimi olabilir ama oklar teker teker hatalıdır. Kesinlik kavramın balistik biliminde uygulaması için dairesel hata olasılığı maddesine bakınız.
Doğruluk ve kesinliğin nicelenmesi
İdealde bir ölçüm aracı hem kesin hem doğrudur, ölçümlerin hepsi bilinen değere yakın ve onun etrafında sıkıca toplanmıştır. Bir ölçümün doğruluk ve kesinliği, kaynağı bilinen bir referans standardının tekrarlı olarak ölçümüyle belirlenir. Bu tür standartlar genelde Uluslararası Birimler Sistemi ile tanımlıdır ve Türk Standardları Enstitüsü gibi milli standart kuruluşları tarafından korunur.
Ölçümler tekrarlanıp ortalamaları alındığında, "standart hata" teriminin kullanımı uygundur: ortalamanın kesinliği, işlemin bilinen standart sapması bölü, ortalaması alınan ölçümlerin sayısının kareköküdür. Merkezsel limit teoremine göre, ölçümlerin ortalamalarının olasılık dağılımı, bireysel ölçümlerin dağılımdan daha çok bir normal dağılıma benzediğini ifade eder.
Doğrulukla ilgili olarak, iki kavramı ayırt etmek gerekir:
Ölçümlerin ortalaması ile referans değer arasındaki fark, yanlılıktır. Kalibrasyon yapabilmek için yanlılık ölçülmeli ve düzeltilmelidir.
Yanlılık ile kesinliliğin birleşik etkisi
Bilim ve mühendislikte yaygın bir konvansiyon, doruluk ve/veya kesinliği anlamlı rakamlar kullanarak örtük şekilde ifade etmektir. Burada, eğer kesinlik, belirtik (net) bir şekilde ifade edilmemişse, hata payı son anlamlı basamağın yarısı olarak anlaşılır. Örneğin, 843,6 m, veya 843,0 m, veya 800,0 m olarak kaydedilmiş bir ölçüm, 0.05 m'lik bir hata payı olduğunu ima eder (son anlamlı basamak onda birler basamağıdır), buna karşın 8.436 m olarak kaydedilen bir ölçümde hata payı 0.5 m'dir, çğnkü son anlamlı basamak bir basamağıdır.
8,000 m olarak kaydedilmiş bir ölçüm, sonunda sıfırlar varsa ama ondalık ayracı yoksa, belirsizdir; sondaki sıfırlar anlamlı basamaklar olarak belirtilmiş olabilir veya olmayabilir. Bu belirsizlikten kaçınmak için ölçüm bilimsel notasyon ile gösterilebilir: 8.0 103 m ilk sıfırın anlamlı olduğunu (dolayıyla 50 m'lik bir hata payı vardır), buna karşın 8.000 103 m her üç sıfırın da anlamlı olduğunu belli eder ve hata payı dolayısıyla 0.5 m olur. Benzer şekilde, temel birimin bir katı kullanılabilir: 8.0 km, 8.0 103 m'ye karşılık gelir ve 0.05 km (50 m)'lik bir hata payı olduğu anlaşılır. Ancak bu konvansiyona güvenmek sahte kesinlik hatalarına yol açabilir, eğer bu konvansiyonu kullanmayan kaynaklardan veri elde ediliyorsa.
Bu konuya başka bir şekilde bakarsak, 8 değeri, bu ölçümün 1'lik bir kesinlikle yapıldığı anlamına gelir (ölçüm cihazı sadece 1'ler basamağına kadar ölçebilmiştir), buna karşın 8,0'lık bir değer (matematiksel olarak 8'e eşit olsa dahi), ilk ondalık basamağın da ölçüldüğü ve değerinin sıfır olduğu anlamını taşır. İkinci değer daha kesindir. Bu değerlerin ikisi de doğru olmayabilir (gerçek değer 9,5 olabilir ve her iki seferinde de 8 olarak ölçülmüş olabilir). Yani, doğruluk, ölçümün gerçeğe yakınlığına karşılık gelir, kesinlik ise küşük farklılıkları ayrıştırabilme gücünü ifade eder.
Kesinlik bazen ikiye ayrıştırılır:
Tekrarlanabilirlik aynı araç ve aynı ölçücü kişiyi muhafaza edip kısa bir zaman aralığında ölçümleri tekrar edilmesine rağmen meydana gelen varyasyonlar.
Yinelenebilirlik farklı araçlar ve ölçen kişiler kullanılınca ve ölçümle ruzun zaman aralıkları içinde yapılınca meydana gelen varyasyonlar.
İkili sınıflandırmada doğruluk ve kesinlik
Doğruluk ayrıca, ikili bir sınıflandırma yönteminin bir şartı doğru olarak tanımladığı ve dışladığını gösteren bir istatistik değerdir.
Yani, doğruluk, doğru sonuçların (hem doğru pozitifler ve doğru negatifleri) genel popülasyona oranıdır. Testin bir parametresidir.
Buna karşın, kesinlik, gerçek pozitiflerin tüm pozitif sonuçlara (hem gerçek pozitif hem sahte pozitifler) oranı olarak tanımlanır.
%100'lük bir kesinlik, ölçülen değerlerin gerçek değerlerin tam aynısı olduğu anlamına gelir.