
【计】 numerical examination
numerical value
【计】 value of number
【经】 numerical value; quantitative value
check up; examine; inspect; proof; prove
【计】 CH; checkout; V; verify; verify check; verifying
【化】 checking; examine
【医】 analysis; coroner's inquest; docimasia
【经】 inspection; monitoring; proof; test; verification; verify
数值检验(Numerical Testing)是科学计算、工程分析和软件开发中的核心验证方法,指通过输入特定数值数据来验证数学模型、算法、程序或系统的正确性、稳定性及精度的过程。其核心在于用具体数字代替抽象理论,以量化结果评估目标对象的性能是否符合预期。
中文术语“数值检验”
强调“数值”(数字、数据)作为输入或验证依据,聚焦于“检验”(测试、验证)这一动作。在工程领域常指代对仿真模型、计算公式或软件输出的定量验证。
英文对应“Numerical Testing”
国际标准ISO/IEC/IEEE 29119将此类测试归类于动态测试(Dynamic Testing),需通过执行代码并输入数据验证输出(ISO/IEC/IEEE 29119-1:2013)。数值测试的核心是量化验证,区别于逻辑或功能测试。
数学模型验证
在计算流体力学(CFD)或有限元分析(FEA)中,通过对比数值解与理论解/实验数据,验证模型收敛性(如网格独立性检验)。例如美国国家标准与技术研究院(NIST)提供基准测试案例库用于算法验证(来源:NIST Mathematical and Computational Science Division)。
算法稳定性评估
数值分析中通过条件数(Condition Number)和误差传播分析,检验算法在浮点运算中的鲁棒性。经典案例包括希尔伯特矩阵求逆的数值稳定性测试(来源:Golub & Van Loan, Matrix Computations)。
金融软件合规性测试
金融机构需执行数值回归测试,确保定价模型(如Black-Scholes期权模型)输出符合监管要求。国际清算银行(BIS)在《交易账簿基础审查》中明确要求银行开展此类测试(来源:BIS Basel Committee on Banking Supervision)。
基准测试(Benchmarking)
使用标准数据集(如IEEE浮点运算测试集)验证计算精度,误差分析常采用相对误差公式:
$$ epsilon{rel} = left| frac{x{calc} - x{ref}}{x{ref}} right| $$
其中$x{calc}$为计算值,$x{ref}$为参考值。
敏感性分析(Sensitivity Analysis)
通过扰动输入参数(如±1%变化),观察输出变化率以评估系统稳健性。工程领域遵循ASME V&V 20-2009《计算流体力学验证与确认标准》。
边界值测试(Boundary Value Testing)
针对数值溢出风险,测试极值输入(如极大/极小浮点数),参考IEEE 754浮点数标准规定的特殊值处理逻辑。
Higham, N.J. (2002). Accuracy and Stability of Numerical Algorithms. SIAM.
ASME V&V 40-2018 Assessing Credibility of Computational Modeling
Basel Committee on Banking Supervision (2019). Minimum capital requirements for market risk. BIS.
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数值检验是指通过数值计算或实验的方式,验证数学模型、算法、仿真结果或理论推导的准确性、稳定性和可靠性的一种方法。以下是详细解释:
核心目的
常见场景
典型方法
实施步骤
① 建立参考基准(理论解/实验数据)
② 设计覆盖不同场景的测试用例
③ 运行数值计算并记录结果
④ 量化误差(如相对误差公式:$epsilon = frac{|x_{num}-x_{ref}|}{|x_{ref}|}$)
⑤ 分析误差来源(截断误差、舍入误差等)
数值检验是科学计算和工程应用中确保结果可信度的必要环节,尤其在缺乏理论解的情况下,可通过交叉验证(如不同算法结果对比)增强结论可靠性。
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