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试验设计和数据统计分析（第一部分） 技术培训资料 徐泽平 2011年6月17日 试验设计 引言 科学研究 调查研究 发现新物种，新机制，发现新原理 达尔文，鸟喙，环境导致变化，生物进化，物竞天择；同一器官不同生物的比较研究，物种起源 比较的是差异 技术系统进化 科学实验 新元素、新物质，居里夫人 新工艺、新装备，航空动力燃料、催化剂 新功能，新用途，阿司匹林 试验设计 实验-试验,课题-小项目，大问题-具体内容方法 广义的：研究课题设计 立题依据/目的、研究进展、技术路线、试验方案措施、进度安排（年度计划）、设备材料、经费预算 侠义的：统计设计 试验材料选择 处理的分配：因素、水平 重复数确定 分组方法 试验设计 试验设计三阶段 拟定试验设计：合理、周密 按设计实施试验 对试验结果统计分析 设计正确就奠定了基础： 较少的人力物力时间，获得丰富可靠的资料 实验设计的目的 避免系统误差，减少实验误差，提高精确度 不影响结果精确性前提下，减少试验次数。 试验设计 试验指标：衡量试验效果的量 数量指标（得率/产量、含量/吸光度） 发酵过程中菌丝体产量/得率 多糖产量/得率 质量：能感觉（颜色、形态、分级指数） 葡聚糖的性状 无定形粉末，晶体 有机溶剂：分析纯、化学纯、色谱纯 食品级、饲料级、肥料级 试验设计 试验因素：影响试验指标的条件 物料的粒度 溶剂种类（极性、非极性） 比例（固体液体比例） 提取时间 温度 次数 搅拌速度 试验设计 水平：因素根据质或量所处的状态或等级 一个因素取M水平，则该因素为M水平因素 因素A温度：30、40、50，则A为3水平因素 因素B浓度：20%、50%，则B为2水平因素 处理：各因素不同水平间的搭配，即同一条件下所做的试验个数。 如上述，6个处理 单因素试验中处理和水平是一致的 试验设计 效应：试验因素对试验指标所起的作用，↗ ↘ 简单效应：某因素在同一水平基础上，比较另一因素不同水平间对试验指标的影响 ——单因素试验 主效应：各因素的简单效应的平均 互作效应：某因素各水平下对另一因素简单效应的差的平均值 试验设计 试验设计的基本要求 代表性：样本数、条件 正确性：准确性、精确性 重演性/重复性：条件、措施 试验类型 一般调查：全面调查（总体）、抽样调查 控制试验：一定数量、有代表性、一定试验条件 单因素试验：阐明因素的简单效应，探索适宜水平 多因素试验：可分析简单效应、主效应、互作效应，2-3个因素 正交设计、均匀设计 试验设计 试验计划拟定 课题研究目标→试验预期效果→确定试验指标 结合试验条件选择试验设计方法 试验记录项目：表格形式，主要指标辅助指标 结果分析方法：明确采用的统计方法，提出应收集的必要数据 明确试验条件：材料、药品、设备、经费 时间地点人员 试验设计 试验方案拟定——试验设计的关键 试验方案是整个试验处理的总称 单因素试验：考察因素的水平 多因素试验：各因素的水平组合 确定试验因素：单因素还是多因素 确定因素水平：间隔恰当；等间隔原则 设置对照组（Control）：其他条件一致 空白对照、标准对照、相互对照、自身对照 处理间遵循唯一差异原则：其他条件一致 设置预试验 试验设计 试验设计基本原则1 重复：2个以上实验单位，相同条件，实验重复2次以上 作用： 消除偶然误差，消除实验外条件因素影响 意义：通过重复，方差分析时，定量地将误差计算出来，定量的评价误差的大小； 重复可使个因素和水平均有机会组合搭配到。 试验设计 试验设计基本原则2 随机化：实验配置和顺序，无主观意愿，完全随机安排，包括个方面： 因素水平随即化 实验顺序随机化 随机化方法：抽签、抓阄、随机数表 目的：避免主观偏差，消除系统误差 统计分析的基础，只有随即数据才符合统计分布规律 试验设计 试验设计基本原则3 局部控制：实验条件局部一致 按照一定标准将实验对象和实验环境等实验条件，如日期、地区、装置、原材料等分成部分或区、组，以实现局部控制； 例：肥效实验，分季节、分地区（土壤）、分作物进行分批实验，几种统计比较，得出结论。 试验设计 试验设计 试验设计方法——调查设计：原料检测 抽样原则：样本来自总体；有代表性 抽样方法：随机、顺序、群组、分层 抽样误差： 抽样得到的样本可计算统计量：平均数、标准差，统计量和参数的差值由抽样产生 抽样误差用 “标准误”衡量 样本含量：小样本6，大样本30 试验设计 试验设计方法 完全随机设计，动物试验 完全随机的分配处理，每一动物具有相等的机会接受任意处理 分组方法：抽签、抓阄、随机数表 试验结果的统计分析方法 单因素试验：2水平，分析2处理平均数的差异显著性—非配对试验t检验；多水平的采用单因素方差分析 两因素试验：每处理1试验单位—无重复方差分析，2个以上实验