1、Biostatistics課程說明生物實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理Expermental Design and Data Analysis for BiologistsGerry P.Quinn Michael J.Keough實驗設(shè)計與分析 美 Douglass C.Mongomery ，第三版試驗設(shè)計與處理袁志發(fā) 周靜芋 ，高等教育出版社，2000SPSS寶典第一章 緒論本章內(nèi)容1統(tǒng)計學(xué)2統(tǒng)計的基本內(nèi)容3實驗及實驗設(shè)計4統(tǒng)計學(xué)軟件介紹生命科學(xué)的任務(wù)和問題任務(wù)：我們需要描述某些生命活動或者某一種涉及生命現(xiàn)象的規(guī)律。問題：什么是現(xiàn)象？現(xiàn)象的種類？其特點是什么？第一章 緒論模糊性現(xiàn)象隨機性現(xiàn)象確定性現(xiàn)象現(xiàn)

2、象的種類和其研究方法指在一定條件下必然會發(fā)生(或不發(fā)生)的事件，也可稱為決定性事件。研究方法：經(jīng)典數(shù)學(xué)指在基本條件不變的情況下，各次實驗或觀察會得到不同的結(jié)果的現(xiàn)象，而且這一結(jié)果是不能準(zhǔn)確預(yù)料的。研究方法：概率統(tǒng)計學(xué)指事件的發(fā)生規(guī)律無序。研究方法：模糊數(shù)學(xué)現(xiàn) 象如早晨太陽從東方升起，水向低處流，萬有引力，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，純水 100沸騰，等等。例如血球計數(shù)，昆蟲密度調(diào)查，某一時刻車間中開動的車床數(shù)，優(yōu)秀選手射擊彈著分布，抽樣時某一樣品合格與否，等等。 第一章 緒論我們通過什么途徑了解事物的狀態(tài)？或者說是現(xiàn)象？數(shù)據(jù)收集以后，應(yīng)該怎樣處理才能得到“規(guī)律”？展現(xiàn)事物特征的資料是如何的來的？有沒有方法可以

3、預(yù)測事情的發(fā)生或者說明其規(guī)律？數(shù)據(jù)是什么？應(yīng)該怎樣收集？如何研究隨機性現(xiàn)象？第一章 緒論問題的進(jìn)展當(dāng)然，我們在之前所學(xué)的數(shù)學(xué)可以幫助我們構(gòu)建、理解由方程描述的規(guī)律；但是，對于沒有明顯方程的規(guī)律我們之前所學(xué)就無法描述了；更為重要的是：我們即使構(gòu)建出了方程，方程是真實的反映還是特例，或者如何辨別其真?zhèn)?？我們?nèi)绾螐募妬y的數(shù)據(jù)中找出規(guī)律？我們?nèi)绾伟褜嶒炘O(shè)計得更科學(xué)？實驗中的數(shù)據(jù)是否為真？如何提出錯誤數(shù)據(jù)？第一章 緒論孟德爾的遺傳學(xué)定律的如何得來的？孟德爾是奧地利的修道士，也是一位自然科學(xué)的教師，曾經(jīng)受過良好的數(shù)學(xué)訓(xùn)練。他一邊教書，一邊在他的修道院里種花以實驗。他選了豌豆 (garden pea) 作為

4、實驗的題材。從它們的顏色、莖高、豆形等外表特性作為選種的根據(jù)，令其交配之后，觀察其后代情況。孟德爾通過碗豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)遺傳第一與第二定律；第一章 緒論孟德爾和他的遺傳定律其實孟德爾并不是唯一的一個在那個時代從事植物雜交實驗以觀察遺傳現(xiàn)象的生物學(xué)家，但卻為唯一的一個能從植物的雜交實驗中發(fā)現(xiàn)生物特征遺傳的定律的科學(xué)家；他成功的根本原因是利用了那個時代的生物學(xué)家仍不會使用的數(shù)學(xué)分析法來處理他的實驗結(jié)果。假如孟德爾 (G. Mendel) 對數(shù)學(xué)沒有良好基礎(chǔ)的話，他能不能發(fā)現(xiàn)遺傳定律？第一章 緒論應(yīng)該使用什么工具幫助發(fā)現(xiàn)規(guī)律？研究的現(xiàn)象到底存在什么“規(guī)律”？過程應(yīng)該如何安排才能高效？所以，實際上我們在

5、解決類似的問題上遇到了一些麻煩：過程能否優(yōu)化？所得規(guī)律的正確性？適用范圍？第一章 緒論“按照現(xiàn)代理論，自然規(guī)律的基礎(chǔ)不是因果性，相反，本質(zhì)上具有統(tǒng)計性質(zhì)。 人們斷言，一切自然規(guī)律在原則上都是統(tǒng)計性的，只是我們觀察操作不完善，我們才受騙去信仰因果性。”- Albert Einstein第一章 緒論“當(dāng)人類科學(xué)探索者在問題的叢林中遇到難以逾越的障礙時，唯有統(tǒng)計工具可為其開辟一條前進(jìn)的通道”。-英國著名遺傳學(xué)家 Galton第一章 緒論在20世紀(jì)初，英國統(tǒng)計大師R.A. Fisher在Rothamasted農(nóng)業(yè)試驗場工作時發(fā)明了田間試驗的各種不同設(shè)計及發(fā)展出變方分析(Analysis of Vari

6、ance)與變積分析(Analysis of Covariance)方法分析數(shù)據(jù)。這些試驗設(shè)計與分析方法，不但是統(tǒng)計理論與方法上的偉大成就，更對二十世紀(jì)糧食的增產(chǎn)與農(nóng)作物的改良具有不可磨滅的貢獻(xiàn)。第一章 緒論在二十世紀(jì)50年代英國的B. Hill將Fisher在農(nóng)業(yè)上的隨機試驗設(shè)計應(yīng)用在醫(yī)學(xué)與藥物評估上，發(fā)展出隨機雙盲的臨床試驗之基礎(chǔ)，對人類健康福祉做出了重大的貢獻(xiàn)。另外，在美國國家衛(wèi)生研究院任職的J. Cornfield 將統(tǒng)計方法應(yīng)用在流行病學(xué)上證明抽煙與肺癌間的因果關(guān)系。 第一章 緒論什么是統(tǒng)計學(xué)？Statistics 來源于 State ，狀態(tài)的描述構(gòu)成了近代統(tǒng)計學(xué)的重要起源之一。早期

7、的人口調(diào)查提供了國家、狀態(tài)的簡單描述，Statistics 也有數(shù)字或者數(shù)值數(shù)據(jù)的含義。統(tǒng)計學(xué)是研究如何收集、處理與分析數(shù)據(jù)，并且由此作出決策的一門學(xué)科。第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計學(xué)是一門全新的數(shù)學(xué)學(xué)科，不僅是對我們思維方法的新訓(xùn)練，也將是我們今后工作中使用最多的數(shù)學(xué)方法。簡而言之，統(tǒng)計學(xué)就是一門對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析的數(shù)學(xué)分支。數(shù)理統(tǒng)計是研究和揭示隨機現(xiàn)象統(tǒng)計規(guī)律性的一門數(shù)學(xué)學(xué)科。數(shù)理統(tǒng)計也常被稱為概率統(tǒng)計，這是因為，數(shù)理統(tǒng)計的理論基礎(chǔ)是概率論，即數(shù)理統(tǒng)計是由概率論和數(shù)理統(tǒng)計兩部分內(nèi)容組成的。第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)的主要思想隨機性和頻率穩(wěn)定性。隨機事件的結(jié)果一般是不可預(yù)料的，那又如何研究呢?個別隨機事

8、件(結(jié)果)在一次實驗或觀察中可以出現(xiàn)或不出現(xiàn)，但在大量實驗中，它出現(xiàn)的次數(shù)與總實驗次數(shù)之比常常是非常穩(wěn)定的.這種現(xiàn)象稱為頻率穩(wěn)定性，正是隨機事件內(nèi)在規(guī)律性的反映. 直觀上，我們用一個數(shù) P(A)來表示隨機事件 A發(fā)生可能性的大小，P(A)就稱為A的概率一般來說，當(dāng)實驗次數(shù)n越來越大，直至趨于無窮時，頻率也會逐漸趨近于概率。第一章 緒論頻率的穩(wěn)定性實驗者投擲次數(shù)正面次數(shù)頻率/De Morgan204810610.5181Puffon404020480.5069Pearson1200060190.5016Pearson24000120120.5005Venn30000149940.4998第一章

9、緒論統(tǒng)計學(xué)需要解決的主要問題拋擲 100 個硬幣，出現(xiàn)正面?zhèn)€數(shù)是不確定的( 隨機性 ) 如果是均勻硬幣，那么基本上是在 50 個左右( 規(guī)律性 )。問題：如果把這 100 個硬幣再拋擲一次，正面出現(xiàn)個數(shù)基本不會和上一次拋擲相同( 規(guī)律性中的隨機性 )？這個差異究竟來自隨機性還是因為硬幣的不均勻性？或者是人在投擲的時候的錯誤？換言之，我們需要找出事件發(fā)生的原因是事件本身的隨機性導(dǎo)致，還是由于系統(tǒng)的誤差，或者是人為的因素導(dǎo)致？第一章 緒論比如：小兒麻痹癥疫苗的研制： 實驗組：200,000 人，有 56 人被感染 對照組：200,000 人，有 138 人被感染究竟是這種疫苗真的有效，還是因為這兩

10、組小孩各自的身體、環(huán)境等因素產(chǎn)生的隨機差異？第一章 緒論隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律性人們經(jīng)過長期實踐并深入研究后發(fā)現(xiàn)，這類現(xiàn)象雖然就每次實驗或觀察結(jié)果來說其有不確定性，但在大量重復(fù)實驗或觀察下，它的結(jié)果卻具有某種規(guī)律性。1粒種子發(fā)芽的可能性不好確定，但一批種子的發(fā)芽率卻是可以確定的，等等。我們把隨機現(xiàn)象在大量重復(fù)試驗或觀察中所呈現(xiàn)出的固有規(guī)律稱之為隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律。第一章 緒論統(tǒng)計的特點1. 概率性 它不僅表現(xiàn)在環(huán)境統(tǒng)計學(xué)的研究手段是概率論，以及建立在概率論基礎(chǔ)上的數(shù)理統(tǒng)計方法，更主要的是利用統(tǒng)計方法解決問題時所得出的每一個結(jié)論是不確切的，是在一定誤差概率的允許下，作出的可靠推斷2. 歸納性 從辯證

11、法角度看樣本是研究對象的特殊規(guī)律，統(tǒng)計學(xué)由樣本推斷總體的研究思路乃是由特殊到一般的歸納過程3. 實踐性 歸納研究規(guī)律的同時，還非常重視將其所歸納的結(jié)論應(yīng)用于科學(xué)實踐，檢驗統(tǒng)計結(jié)論的準(zhǔn)確性或演繹出更為具體的理論方法第一章 緒論統(tǒng)計的功用(1)提供整理和描述數(shù)據(jù)資料的科學(xué)方法，確定某些性狀和持性的數(shù)量特征。一批試驗或數(shù)據(jù)資料，若不整理則雜亂無章，不能說明任何問題。統(tǒng)計方法提供了整理資制、化繁為簡的科學(xué)程序，它可以從眾多約數(shù)據(jù)資料中，歸納出幾個特征數(shù)或繪出一定形式的圖表，使試驗研究者能從少數(shù)的特征效或一些簡單的圖表中了解大批資料所蘊藏的信息。第一章 緒論統(tǒng)計的功用(2)判斷試驗結(jié)果的可靠性。一般在試

12、驗中要求除試驗因素以外，其他條件都應(yīng)控制一致，但在實踐中無論試驗條件控制得如何嚴(yán)格，其試驗結(jié)果總是受試驗因素相其他偶然因家的影響。偶然因素的影響就是造成試驗誤差的重要原因。一個試驗結(jié)果，是由試驗因素造成的還是試驗誤差造成的，要正確判斷就必須應(yīng)用統(tǒng)計分析方法。 第一章 緒論統(tǒng)計的功用(3) 確定事物之間的相互關(guān)系、提供由樣本推斷總體的方法。試驗的目的在于認(rèn)識總體規(guī)律，但由于總體龐大，一般無法實施，在研究過程中都是抽取總體中的部分作為樣本，用統(tǒng)計方法以樣本來推斷總體的規(guī)律性，在這種推斷中，統(tǒng)計原理和方法起到了理論上的保證作用。第一章 緒論統(tǒng)計的功用(4)提供試驗設(shè)計的一些重要原則。為了以較少的人力

13、、物力和財力取得較多的試驗信息和較好的試驗結(jié)果，在一些生物學(xué)研究中就需要科學(xué)地進(jìn)行試驗設(shè)計，如對樣本容量的確定、抽樣方法、處理設(shè)置、重復(fù)次數(shù)的確定以及試驗的安排等，都必須以統(tǒng)計學(xué)原理為依據(jù)。從統(tǒng)計分析和試驗設(shè)計的關(guān)系來看，統(tǒng)計學(xué)原理可以為試驗設(shè)計提供合理的依據(jù)，而試驗設(shè)計又是統(tǒng)計分析方法的進(jìn)一步運用。第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)的主要內(nèi)容描述性統(tǒng)計 最早的統(tǒng)計學(xué)就是從描述性統(tǒng)計開始的，從最初的簡單的數(shù)據(jù)收集，到開始計算數(shù)據(jù)集的特征，繼而發(fā)展到為其他的統(tǒng)計方式提供合適的統(tǒng)計量。統(tǒng)計學(xué)第一章 緒論1. 描述性統(tǒng)計 描述性統(tǒng)計實際上就是對原始資料進(jìn)行整理并作基本分析 統(tǒng)計的基本特點，是以樣本推斷總體。如果在大

14、樣本情況下，就需要通過統(tǒng)計資料初步整理之后 ，再從資料中計算出三個主要的統(tǒng)計量 ，即平均數(shù) 、標(biāo)準(zhǔn)差及標(biāo)準(zhǔn)誤 。以用來根據(jù)樣本推斷總體的特征，一是資料的集中性，以平均數(shù)來表示，二是資料的離中性，以標(biāo)準(zhǔn)差來表示，三是衡量平均數(shù)的可靠性 用標(biāo)準(zhǔn)誤來表示。第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)的主要內(nèi)容描述性統(tǒng)計 顯著性檢驗是統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)和實驗科學(xué)的一次里程碑式的飛躍，它第一次為人們的研究提供的合理的，能夠在實踐中有足夠的結(jié)果支撐的比較、歸納和演繹的方法。顯著性檢驗統(tǒng)計學(xué)第一章 緒論2. 顯著性檢驗顯著性檢驗又稱假設(shè)檢驗，或統(tǒng)計推斷 1平均數(shù)間差異的比較 在進(jìn)行生物科學(xué)研究工作 中，經(jīng)常會遇到兩組或兩組 以上數(shù)據(jù)的平均

15、數(shù)它們之間進(jìn)行 比較，就有一個有無顯著差異的問題或者說孰優(yōu)孰劣的問題 。2屬性資料的檢驗 生物學(xué)領(lǐng)域中有許多性狀不能直接用測量的方法來加以衡量，均可以應(yīng)用屬性統(tǒng)計的方法 ，通過對具有相同屬性的計數(shù)來分析3方差分析 方差分析目的主要是為了進(jìn)行多個平均數(shù)間的比較。 表述分類變量與數(shù)值變量的效應(yīng)關(guān)系第一章 緒論描述統(tǒng)計與推斷統(tǒng)計的關(guān)系實驗樣本總體的內(nèi)在規(guī)律顯著性檢驗樣本間關(guān)系總體間關(guān)系樣本與總體因 素 分 析描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理審核數(shù)據(jù)集中趨勢數(shù)據(jù)變異趨勢統(tǒng)計圖表展示數(shù)理統(tǒng)計和概率論樣本特征總體參數(shù)樣本統(tǒng)計量總體特征第一章 緒論描述統(tǒng)計與推斷統(tǒng)計的關(guān)系character顯著性檢驗樣本間關(guān)系 總體間關(guān)系

16、樣本與總體 因 素 分 析變量關(guān)系描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理審核 統(tǒng)計圖表展示數(shù)據(jù)變異趨勢 數(shù)據(jù)集中趨勢樣本 總體概率和統(tǒng)計方法對于樣本的特征性描述提供顯著性檢驗的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)提供由樣本到總體的方法判斷因素和因素間影響的大小評價關(guān)系存在與否第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)的主要內(nèi)容描述性統(tǒng)計 又為人們打開了另一扇科學(xué)的大門！它首次向人們以一個比較可信的方式提供了試驗因素和實驗結(jié)果之間，以及試驗因素之間存在的“關(guān)聯(lián)性”的評價方法。顯著性檢驗相關(guān)與回歸統(tǒng)計學(xué)第一章 緒論3. 相關(guān)與回歸相關(guān)：研究變量之間相互關(guān)系的密切程度 ，以相關(guān)系數(shù)來表示。例如 ，人的身高與體重存在著一定程度的相關(guān)一 般身高越高，其體重可能越大。相關(guān)系數(shù)

17、可用來表示兩者間的相關(guān)程度回歸：指兩個或兩個以上的變量存在著從屬關(guān)系，即一個變量 （x）變化時，引起另一變量(y）的相應(yīng)變化的估計。主要研究數(shù)值變量之間的效應(yīng)關(guān)系第一章 緒論統(tǒng)計學(xué)的主要內(nèi)容描述性統(tǒng)計 從最初的僅僅為了使試驗的過程比較有條理，慢慢發(fā)展到既提供了試驗的條理性，又提供了充分的完整的試驗過程及其結(jié)果的分析評價方案。顯著性檢驗試驗設(shè)計相關(guān)與回歸統(tǒng)計學(xué)第一章 緒論統(tǒng)計的基本方法抽樣理論： 介紹如何收集數(shù)據(jù)。主要抽樣方法，樣本容量的確定，抽樣誤差問題等參數(shù)估計： 如何根據(jù)數(shù)據(jù)得到總體參數(shù)的信息，點估計、區(qū)間估計，Bayes 估計等假設(shè)檢驗： 如何對關(guān)于總體的一些假設(shè)做出決策，正態(tài)總體參數(shù)的

18、檢驗，分布擬合檢驗，秩檢驗，統(tǒng)計決策等方差分析回歸與相關(guān)多元分析： 研究若干個變量之間的關(guān)系聚類分析、判別分析、主成分分析、因子分析、典型相關(guān)分析等等。第一章 緒論利用的對問題的非統(tǒng)計知識使設(shè)計和分析盡可能的簡單盡量使用對照原則識別實際的顯著性和統(tǒng)計學(xué)的顯著性之間的區(qū)別試驗通常時序貫迭代的應(yīng)用統(tǒng)計時需要注意的問題第一章 緒論試驗設(shè)計初步第一章 緒論為了推動社會的發(fā)展，常常要進(jìn)行科學(xué)研究 。進(jìn)行科學(xué)研究離不開調(diào)查或試驗 。進(jìn)行調(diào)查或試驗必須解決二個問題：如何科學(xué)地整理、分析所收集得來的具有變異的資料 ，揭示出隱藏在其內(nèi)部的規(guī)律性；如何使過程更加的合理和高效？第一章 緒論科學(xué)研究與科學(xué)試驗科學(xué)研究

19、是人類認(rèn)識自然、改造自然、服務(wù)社會的原動力，科學(xué)研究推動了人們認(rèn)識各種規(guī)律，改進(jìn)人類生存環(huán)境。自然科學(xué)：理論科學(xué)、實驗科學(xué)。理論科學(xué)研究主要運用推理，包括演繹和歸納的方法。實驗科學(xué)研究主要通過周密設(shè)計的實驗來探新。第一章 緒論研究的基本規(guī)律和方法演繹與歸納 實驗的兩種推理主要方法演繹推理： 演繹推理問題是我們已知某些一般原理或一組原理，問在特定條件下將會怎樣。歸納推理： 已知一些特定情況，要求推得能用于出這些特定情況所代表的這類問題所有情況的一般原理。這種由特殊到一般的推理類型叫做歸納推理。第一章 緒論科學(xué)方法歸納方法：弗朗西斯科培根和約翰米勒認(rèn)為，足夠地確認(rèn)觀察次數(shù)以及沒有相互矛盾的觀察得出

20、一個理論和定律是真實的（Gower 1997）。歸納推理存在邏輯問題，特別是沒有足夠地確認(rèn)觀察次數(shù)能證明一個理論這一問題。演繹推理的方法：也是現(xiàn)代生物學(xué)文獻(xiàn)中的一個最常用的科學(xué)方法，即從定理和理論導(dǎo)出解釋和預(yù)言的方法。證偽論：如果存在一個邏輯上可能的觀察，這個觀察與假說不一致，那么這個假說是虛假的。即錯誤的原則、理論或基于理論產(chǎn)生的教條（或者是從它們演繹產(chǎn)生的假說)不可能獲得邏輯證明而被否定。證偽論是統(tǒng)計學(xué)中的一個非常重要的應(yīng)用！第一章 緒論科學(xué)研究的基本過程基本過程均包括3個環(huán)節(jié)：(1)根據(jù)本人的觀察(了解)或前人的觀察(通過文獻(xiàn))對所研究的命題形成一種認(rèn)識或假說；(2)根據(jù)假說所涉及的內(nèi)容

21、安排相斥性的試驗或抽樣調(diào)查；(3)根據(jù)試驗或調(diào)查所獲的資料進(jìn)行推理，肯定或否定或修改假說，從而形成結(jié)論，或開始新一輪的試驗以驗證修改完善后的假說，如此循環(huán)發(fā)展，使所獲得的認(rèn)識或理論逐步發(fā)展、深化。第一章 緒論實驗設(shè)計與統(tǒng)計學(xué)合理地進(jìn)行調(diào)查或試驗設(shè)計、科學(xué)地整理 、分析所收集得來的資料是實驗設(shè)計的根本任務(wù)。實驗設(shè)計是數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法在科學(xué)研究中的應(yīng)用，是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)。 它在生物科學(xué)的研究中具有十分重要的作用。第一章 緒論可控因素實驗的模型可人為更改其水平，且水平發(fā)生變化會引起試驗結(jié)果的變化的一類可測度、更改的變量 實驗的誤差系統(tǒng)的誤差未知的因素?zé)o法改動的因素不可控因素試驗處理實驗對象試驗指標(biāo)

22、的確認(rèn)實驗數(shù)據(jù)的收集響應(yīng)及觀察方法試驗結(jié)果的分析試驗結(jié)果第一章 緒論實驗的基本概念 實驗就是研究者實際在各個研究領(lǐng)域進(jìn)行的，通常要發(fā)現(xiàn)關(guān)于一個特定過程或系統(tǒng)的某些事情?；蛘哒f：實驗是研究者在實際中進(jìn)行的，對一 個或系統(tǒng)的某些輸入變量作有目的的改變，以使能夠觀察到和識別出引起輸出相應(yīng)變化的理由或是得到某種結(jié)果的實踐活動。第一章 緒論實驗的“三要素”實驗對象實驗因素實驗效應(yīng)實驗所用的材料即為實驗對象。 實驗對象選擇的合適與否直接關(guān)系到實驗實施的難度，以及別人對實驗新穎性和創(chuàng)新性的評價。所有影響實驗結(jié)果的條件都稱為影響因素。實驗研究的目的不同，對實驗的要求也不同。影響因素有客觀與主觀，主要與次要因素

23、之分。實驗因素取不同水平時在實驗單位上所產(chǎn)生的反應(yīng)稱為實驗效應(yīng)。實驗效應(yīng)是反映實驗因素作用強弱的標(biāo)志，它必須通過具體的指標(biāo)來體現(xiàn)。實驗要素第一章 緒論實驗的目的確定哪些變量（可控因素）對于輸出最有影響。確定最有影響的因素在何值時輸出趨于希望值。確定輸入為何值輸出的變異性最小。確定最有影響的因素在和值時不可控因素的效應(yīng)最小。第一章 緒論實驗的類型一般意義上的分類：驗證性實驗僅僅是為了證實某種現(xiàn)象的存在，或者是為了重復(fù)其他人的試驗結(jié)果。探索性試驗試驗的對象、過程、結(jié)果未知，需要經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的規(guī)律。抽樣調(diào)查科學(xué)試驗試驗的類型第一章 緒論實驗設(shè)計的基本思想盡量減少偶然性因素的影響，使實驗數(shù)據(jù)有一

24、個合適的數(shù)學(xué)模型，以便使用數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 科學(xué)地避免系統(tǒng)誤差，控制、降低試驗誤差，無偏估計處理效應(yīng)，從而對樣本所在總體作出可靠、正確的推斷。第一章 緒論試驗設(shè)計的內(nèi)容廣義的試驗設(shè)計是指試驗研究課題設(shè)計，也就是指整個試驗計劃的擬定 ， 包含課題名稱、試驗?zāi)康?，研究依?jù)、內(nèi)容及預(yù)期達(dá)到的效果，試驗方案，供試單位的選取、重復(fù)數(shù)的確定、試驗單位的分組，試驗的記錄項目和要求，試驗結(jié)果的分析方法，經(jīng)濟效益或社會效益的估計 , 已具備的條件 , 需要購置的儀器設(shè)備，參加研究人員的分工，試驗時間、地點、進(jìn)度安排和經(jīng)費預(yù)算，成果鑒定，學(xué)術(shù)論文撰寫等內(nèi)容。第一章 緒論試驗設(shè)計的內(nèi)容狹義的試驗設(shè)計主要是指

25、試驗單位 (如動物試驗的畜、禽 )的選取、重復(fù)數(shù)目的確定及試驗單位的分組。本學(xué)期所涉及的實驗設(shè)計主要指狹義的試驗設(shè)計。合理的試驗設(shè)計能控制和降低試驗誤差，提高試驗的精確性，為統(tǒng)計分析獲得試驗處理效應(yīng)和試驗誤差的無偏估計提供必要的數(shù)據(jù)。第一章 緒論可控因素試驗設(shè)計的內(nèi)容可人為更改其水平，且水平發(fā)生變化會引起試驗結(jié)果的變化的一類可測度、更改的變量 實驗的誤差系統(tǒng)的誤差未知的因素?zé)o法改動的因素不可控因素試驗處理實驗對象試驗指標(biāo)的確認(rèn)實驗數(shù)據(jù)的收集響應(yīng)及觀察方法試驗結(jié)果的分析試驗結(jié)果處理設(shè)計供試體設(shè)計指標(biāo)設(shè)計處理設(shè)計、供試體設(shè)計、指標(biāo)設(shè)計。 第一章 緒論實驗設(shè)計的三原則重復(fù)：是指實驗重復(fù)進(jìn)行。隨機化：

26、是指實驗材年料的分配和實驗的各個處理進(jìn)行的次序是隨機確定的。 區(qū)組化：也稱局域控制。就是將整個實驗空間分成若干個各自相對均勻的局部，每一個局部叫做一個區(qū)組，所有局部構(gòu)成區(qū)組因素。第一章 緒論重復(fù)的作用有兩個：允許試驗者得到實驗誤差的一個估計量。如果樣本均值用作為實驗中一個因素的效應(yīng)的估計量，則重復(fù)允許試驗者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計量。隨機化：是指試驗材料的分配和實驗的各個處理進(jìn)行的次序是隨機確定的。 隨機化是實驗設(shè)計是用統(tǒng)計方法的基石。統(tǒng)計方法要求觀察指示獨立分布的隨機變量。區(qū)組化：也稱局域控制。就是將整個實驗空間分成若干個各自相對均勻的局部，每一個局部叫做一個區(qū)組，所有局部構(gòu)成區(qū)組因素。

27、第一章 緒論實驗研究的基本問題一、實驗研究中的變量及其控制二、實驗的效度三、實驗設(shè)計四、實驗的信度第一章 緒論實驗設(shè)計的基本做法 1.對照性 2.隨機性 3.平行重復(fù) 4.單因子變量第一章 緒論1.對照性在實驗設(shè)計中，通常設(shè)置對照組，通過干預(yù)或控制研究對象以消除或減少實驗誤差，鑒別實驗中的處理因素同非處理因素的差異。 實驗設(shè)計中可采用的對照方法很多，除了有陽性對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、自身對照、相互對照之外，通常采用空白對照的原則：即不給對照組以任何處理因素。值得強調(diào)的是，不給對照組任何處理因素是相對實驗組而言的，實際上對對照組還是要做一定的處理，只是不加實驗組的處理因素。第一章 緒論科學(xué)的實驗簡單性

28、處理的選擇和試驗布置盡可能簡單并與試驗?zāi)繕?biāo)相一致。精確度 試驗?zāi)芤栽囼炚咚Ｍ木_度測量出差異的可能性要高。這需要一個合理的設(shè)計和足夠的重復(fù)。沒有系統(tǒng)誤差 結(jié)論的有效范圍 所得的結(jié)論的有效范圍要盡可能地寬。不確定性程度計算。第一章 緒論4統(tǒng)計學(xué)和實驗設(shè)計的歷史第一章 緒論實驗設(shè)計方法的奠基者英國著名農(nóng)學(xué)家、統(tǒng)計學(xué)家RonaldAFisher 教 授1920年左右創(chuàng)立第一章 緒論實驗設(shè)計的歷史實驗設(shè)計歷史發(fā)展的三個階段 ：Fisher創(chuàng)立的早期、傳統(tǒng)的實驗設(shè)計法階段(大約20年代一50年代) 正交表的開發(fā)、正交實驗設(shè)計和回歸實驗設(shè)計廣泛應(yīng)用階段(大約50年代一70年代) SN比實驗設(shè)計技術(shù)的開

29、及三次設(shè)計的創(chuàng)立、均勻?qū)嶒炘O(shè)計的開發(fā)、回歸實驗設(shè)計深入發(fā)展的現(xiàn)代實驗設(shè)計階段(大約70年代一現(xiàn)在)。第一章 緒論20年代初，F(xiàn)isher在英國倫敦郊區(qū)農(nóng)場的Rothamsted農(nóng)業(yè)試驗站任職期間，將試驗設(shè)計法應(yīng)用于田間試驗中，對高產(chǎn)小麥品種遺傳進(jìn)行試驗研究。他指出，在由于環(huán)境條件難以嚴(yán)格控制，試驗數(shù)據(jù)受到偶然性因素的影響，必須承認(rèn)誤差的存在。試驗設(shè)計的基本思想是減少偶然性因素的影響，使試驗數(shù)據(jù)有一個合適的數(shù)學(xué)模型。他一改傳統(tǒng)的逐一因素依次試驗的方法，對不同因素的每一水平組合進(jìn)行試驗最后，用方差分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析來評價指標(biāo)的優(yōu)劣。 第一章 緒論1923年Fisher同WA梅克齊合作共同發(fā)表了

30、試驗設(shè)計應(yīng)用實例。1926年，F(xiàn)isher在研究工作中的統(tǒng)計方法一書中稱這種方法為試驗設(shè)計。后來，F(xiàn)isher盡力從事于試驗設(shè)計的研究工作。在總結(jié)他的試驗設(shè)計的思想和方法的基礎(chǔ)人于1935年出版了他的名著試驗設(shè)計法，從此開創(chuàng)了一門新的應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域。因此Fisher被譽為試驗設(shè)計的奠基者和創(chuàng)始人。第一章 緒論40年代前后，英國、美國、蘇聯(lián)等國將試驗設(shè)計法逐漸應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在采礦、冶金、建筑、紡織、化工機械、醫(yī)藥等行業(yè)都有所應(yīng)用。二次大戰(zhàn)期間，美英等目在國防工業(yè)試驗中采用試驗設(shè)計法取得成效。二次大戰(zhàn)底英國寶家軍需工廠管理局出版了一份備忘錄，公布了一批應(yīng)用實例。DJ勞尼在40年代提出的

31、多因素試驗的部分實施方法，奠定了現(xiàn)代試驗設(shè)計理論與方法基礎(chǔ)。第一章 緒論40年代末、50年代在日本電訊研究所以田口玄一為首的一批研究人員在研究電話通訊設(shè)備系統(tǒng)質(zhì)量時發(fā)現(xiàn)，自Fisher以來創(chuàng)造的試驗設(shè)計方法，不論全因素試驗法，或是隨機區(qū)組法、拉丁方格法等在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用均受到限制。于是他們在實踐中努力研究和改進(jìn)英國人創(chuàng)立的試驗設(shè)計技術(shù)，開發(fā)了用正交表安排試驗、分析試驗結(jié)果的正交試驗優(yōu)化技術(shù)方法。1952年，田口玄一在日本東海電報公司運用L27(313)正交表進(jìn)行項目的試驗設(shè)計獲得成功。之后，正交試驗設(shè)計法在日本，繼而在國際上得到迅速地推廣。第一章 緒論GEBox和JsHunter于1959年提

32、出的調(diào)優(yōu)操作(EVOP)，是借助于主動試驗對系統(tǒng)尋優(yōu)的方法。因此，也可稱為一種試驗方法調(diào)優(yōu)試驗設(shè)計。從控制論觀點來看，它是一種有工藝反饋的控制，具有自動尋求最優(yōu)生產(chǎn)條件的特點，適于生產(chǎn)工藝改進(jìn)過程中籌劃、安排試驗，尋找每個發(fā)展階段中最優(yōu)條件，以實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)過程的動態(tài)優(yōu)化這種方法，自60年代以來，在國內(nèi)外一些行業(yè)里得到較廣地應(yīng)用。第一章 緒論70年代中期，田口玄一博士提出了工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中運用三次(段)設(shè)計的思想和方法是對傳統(tǒng)的試驗設(shè)計技術(shù)方法的完善和重要發(fā)展，充分利用產(chǎn)品或系統(tǒng)中存在的非線性效應(yīng)，利用專業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)實踐提供的信息資料，同正交試驗設(shè)計技術(shù)相結(jié)合取得高質(zhì)量、低費用的十分顯著的技術(shù)

33、經(jīng)濟效果。從試驗設(shè)計技術(shù)發(fā)展的歷程來看，如果說Fisher創(chuàng)立的早期的、傳統(tǒng)的試驗設(shè)計是第一個里程碑，正交表的開發(fā)和正交試驗設(shè)計法的廣泛應(yīng)用是第二個里程碑，那么，田口玄一的SN比試驗設(shè)計的開發(fā)和三次設(shè)計的創(chuàng)立則是第三個里程碑。第一章 緒論我國從50年代開始，開展對試驗設(shè)計這門學(xué)科的研究，并逐步應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中去。60年代末，在正交試驗設(shè)計的觀點、理論和方法上都有新的創(chuàng)見，編制了一套較為適用的正交表，簡化試驗程序和試驗結(jié)果的分析方法。自70年代以來，大力推廣。同時，在正交試驗設(shè)計理論上也有新的突破。從80年代開始，我國學(xué)者方開泰教授、王元等又創(chuàng)立了均勻試驗設(shè)計法，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了初步效果。

34、第一章 緒論試驗設(shè)計初步為了使試驗結(jié)果成為有用而可靠的科學(xué)資料，在開始試驗之前，認(rèn)真地進(jìn)行試驗設(shè)計是非常必要的。試驗設(shè)計涉及很多問題：試驗對象的選取；實驗處理的選擇；試驗指標(biāo)的制定；試驗資源的安排；實驗數(shù)據(jù)的收集和整理；試驗數(shù)據(jù)的處理；試驗數(shù)學(xué)模型的選定；試驗結(jié)論的給出。第一章 緒論大家拿到了一把神奇的鑰匙它能幫助大家打開生命科學(xué)的大門需要掌握正確的使用方法但是，更為重要的是 路，要自己來走！第一章 緒論統(tǒng)計軟件初步第一章 緒論統(tǒng)計軟件初步常見的統(tǒng)計軟件SPSS （PASW）SASStata StatisticaSysStatS-plus,GaussE-viewsExcel國內(nèi)也有幾個機構(gòu)制作

35、統(tǒng)計軟件，其中比較著名的是DPS，其他機幾個軟件使用范圍及其有限。第一章 緒論SAS（Statistics Analysis System）1976年成立了SAS軟件研究所，正式推出SAS軟件。 現(xiàn)已被眾多的機構(gòu)和用戶所采用，遍及金融、醫(yī)藥衛(wèi)生、教育科研等各個領(lǐng)域。SAS系統(tǒng)被譽為國際上的標(biāo)準(zhǔn)軟件系統(tǒng)。 SAS具有強大的數(shù)據(jù)集編輯功能，能實現(xiàn)復(fù)雜的統(tǒng)計分析和一些特殊的統(tǒng)計要求。由于SAS系統(tǒng)是是完全針對專業(yè)用戶進(jìn)行設(shè)計，因此其操作至今仍以編程為主，人機對話界面不太友好，并且在編程操作時需要用戶最好對所使用的統(tǒng)計方法有較清楚的了解，非統(tǒng)計專業(yè)人員掌握起來較為困難。第一章 緒論S-Plus 統(tǒng)計軟

36、件S-Plus是基于S語言實現(xiàn)的。S語言是一種用來進(jìn)行數(shù)據(jù)探索、統(tǒng)計分析、作圖的解釋型語言。S-Plus強調(diào)演示圖形、探索性數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計方法、開發(fā)新統(tǒng)計工具的計算方法，以及可擴展性。它的主要的特點是它可以交互地從各個方面去發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的信息，并可以很容易地實現(xiàn)一個新的統(tǒng)計方法。第一章 緒論Stata 統(tǒng)計軟件Stata是一個用于分析和管理數(shù)據(jù)的功能強大又小巧玲瓏的實用統(tǒng)計分析軟件，操作靈活、簡單，易學(xué)易用。Stata的突出特點是只占用很少的磁盤空間，輸出結(jié)果簡潔，內(nèi)容較齊全，制作的圖形精美，可直接被圖形處理軟件或字處理軟件如Word等直接調(diào)用。Stata體積較小，程序主要通過調(diào)用類似script的文件來執(zhí)行具體的操作，很多大學(xué)和研究機構(gòu)為它編寫了不同的程序用以完成不同的操作，具有很強的可擴展性。Stata本身不能完成的任務(wù)，不能讀取的文件，都可以以安裝擴展程序的方式來解決。最新的版本為 Stata 11，其中又分為 Stata MP，Stata SE，Stata intercool等不同類型；Stata可以支持Windows，Mac OS，Linux等不同的操作系統(tǒng)。第一章 緒論統(tǒng)計軟件的語言問題國際比較著名的統(tǒng)計軟件現(xiàn)在除了SPSS、SAS、Mini