试验设计的基本概念 .ppt

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1、试验设计的基本概念 现在学习的是第1页，共33页如何安排试验如何安排试验不不好好的的试试验验设设计计方方法法，即即使使做做了了大大量量的的试试验验，也也未未必必能能达达到到预预期期的的目目的；的；一一个个好好的的试试验验设设计计方方法法，既既可可以以减减少少实实验验次次数数，缩缩短短试试验验时时间间和和避避免免盲盲目目性性，又又能能迅迅速速得得到到有有效效的的结结果。果。现在学习的是第2页，共33页试验设计的由来试验设计的由来试试验验设设计计是是应应用用统统计计手手法法进进行行解解决决问问题题的的方方法法，它它在在1919世纪产生于英国世纪产生于英国.最早是在农地进行试验。如最早是在农地进行试

2、验。如“最佳肥料最佳肥料”的依据。的依据。逐步应用到畜牧业。逐步应用到畜牧业。现在学习的是第3页，共33页1.试验设计的定义及重要性2.试验设计的三个基本要素3.试验设计的基本原则现在学习的是第4页，共33页 具体实施研究之前，对各种实验要素进行合理的安排与周密的计划。用较少的人力、物力和时间，获得较为可靠的结果，使误差减少到最低限度，以达到研究高效。1.试验设计的定义和意义现在学习的是第5页，共33页 2.试验设计的三个基本要素试验设计的三个基本要素：处理因素、试验单位和试验效应。现在学习的是第7页，共33页 研究者根据研究目的欲施加或欲观察的，能作研究者根据研究目的欲施加或欲观察的，能作用

3、于实验单位并引起直接或间接效应的因素，称为用于实验单位并引起直接或间接效应的因素，称为处理因素，又称试验因素。处理因素，又称试验因素。处理因素(treatment factor)现在学习的是第8页，共33页 试验单位是指接受一种处理并作实验观察的试验单位是指接受一种处理并作实验观察的基本单位，是处理因素作用的客体，实质上试验基本单位，是处理因素作用的客体，实质上试验单位所代表的就是根据研究目的而确定的研究目单位所代表的就是根据研究目的而确定的研究目标之总体。标之总体。试验单元(experiment unit)现在学习的是第10页，共33页 试试验验效效应应是是处处理理因因素素作作用用于于受受试

4、试对对象象的的反反应应或或结结果果。一一般般通通过过试试验验指指标标(即即变变量量)来来表表达达。观观察察指指标标有有主主观观指指标标与与客客观观指指标标之之分。分。试验效应试验效应(experimental effects)(experimental effects)现在学习的是第11页，共33页试验效应试验效应(experimental effects)(experimental effects)客观指标客观指标是借助仪器等进行测量来反映研究对象是借助仪器等进行测量来反映研究对象的客观状态或观察结果；的客观状态或观察结果；主观指标主观指标是由受试者回答或研究者定性判断来描是由受试者回答或研

5、究者定性判断来描述观察结果。述观察结果。现在学习的是第12页，共33页 3.试验设计的基本原则随机化原则（Randomization)重复的原则（Replication)局部控制原则（Local Control)采用这三个基本原则进行设计，配合适当的分析，就能从试验结果中提取可靠的结论。现在学习的是第13页，共33页.随机化原则随机化原则 随随机机化化原原则则：随随机机“随随便便”,指指每每个个受受试试对对象象以以机机会会均均等等的原则随机地分配到试验组和对照组。的原则随机地分配到试验组和对照组。目目的的是是使使各各组组非非实实验验因因素素的的条条件件均均衡衡一一致致，以以消消除除对对实实验验

6、结果的影响。结果的影响。现在学习的是第14页，共33页.重复的原则重复的原则 重重复复(replication)是是指指各各处处理理组组与与对对照照组组要要有有一一定定样本容量样本容量。无限地无限地增加样本含量增加样本含量，将加大实验规模，延长实验时间，将加大实验规模，延长实验时间，浪费人力物力。浪费人力物力。样本含量不足样本含量不足，检验效能偏低，导致总体中本来具有，检验效能偏低，导致总体中本来具有的差异无法检验出来。的差异无法检验出来。现在学习的是第15页，共33页.局部控制的原则局部控制的原则将全部试验单位按干扰因素的不同水平分成若干个将全部试验单位按干扰因素的不同水平分成若干个小组，在

7、小组内部使非实验处理因素尽可能一致，小组，在小组内部使非实验处理因素尽可能一致，实现试验条件的局部一致性，这就是实现试验条件的局部一致性，这就是局部控制。局部控制。局部控制通常通过设置区组来实现，相应的试验局部控制通常通过设置区组来实现，相应的试验设计方法以设计方法以随机区组设计随机区组设计为代表。为代表。局部控制的作用局部控制的作用使干扰因素造成的误差从试验误差中分使干扰因素造成的误差从试验误差中分离出来，从而降低试验误差。离出来，从而降低试验误差。现在学习的是第16页，共33页二、常用的试验设计类型（一）（一）完全随机设计完全随机设计（二）配对设计（二）配对设计（三）（三）随机区组设计随机

8、区组设计（四）交叉设计（四）交叉设计（五）（五）因子设计因子设计（六）拉丁方设计（六）拉丁方设计（七）（七）正交设计正交设计现在学习的是第17页，共33页完 全 随 机 化 设 计现在学习的是第18页，共33页完全随机化设计(completely randomized design)1.每个处理随机地选取实验单元每个处理随机地选取实验单元2.适用于实验的例数较大或实验单元差异很小的情况适用于实验的例数较大或实验单元差异很小的情况3.对完全随机化设计的数据采用对完全随机化设计的数据采用单因素方差分析单因素方差分析现在学习的是第19页，共33页完 全 随 机 化 设 计(例题分析)【例例】某果酱制

9、造企业希望了解哪种包装的罐头更受消费者欢迎，以确定其包装策略。传统的包装方法是用罐头。市场部经理则提议增添两种新包装：玻璃瓶、塑料瓶。为了避免大量生产的危险，公司接到该建议后，即采用随机抽样选定三家超市进行实验，分别销售一种包装的罐头（采采用用随随机机抽抽样样的的方法决定哪家超市销售哪一种包装）方法决定哪家超市销售哪一种包装），实验期为4周。现在学习的是第20页，共33页完 全 随 机 化 设 计(例题分析)试验数据：试验数据：单因素方差分析单因素方差分析 实验次数 罐头玻璃塑料1304218240462631838404245036现在学习的是第21页，共33页现在学习的是第22页，共33页

10、方差分析中的多重比较方法方差分析中的多重比较方法（multiple comparison procedures)目的：目的：通过配对比较，进一步检验到底哪些均值之间存在差异通过配对比较，进一步检验到底哪些均值之间存在差异第一步：提出假设：第一步：提出假设：第二步：计算检验统计量：第二步：计算检验统计量：第三步：第三步：计算临界值：计算临界值：其中，其中，MSE是是组内方差组内方差第四步：根据显著水平第四步：根据显著水平 做出决策：做出决策：现在学习的是第23页，共33页包装作用问题：包装作用问题：结论：结论：采用玻璃瓶包装采用玻璃瓶包装现在学习的是第24页，共33页随 机 化 区 组 设 计现

11、在学习的是第25页，共33页问题的提出：问题的提出：单因子方差分析的实验设计有一个缺点：单因子方差分析的实验设计有一个缺点：没有考虑实验单位之间是否存在性质差异！没有考虑实验单位之间是否存在性质差异！例如：不同超市之间的销售规律会有所不同。其所在销售区域的市场潜力也会不同。如果实验单位的本质有所不同，则购买者的反应也不一样。数据间的差异可能不只受一个因素的影响，还可数据间的差异可能不只受一个因素的影响，还可能受到其他因素的作用。能受到其他因素的作用。现在学习的是第26页，共33页随 机 化 区 组 设 计(randomized block design)1.先先按按一一定定规规则则将将试试验验

12、单单元元划划分分为为若若干干同同质质组组，称称为为“区区组组(block)”2.分分组组后后再再将将每每个个品品种种(处处理理)随随机机地地指指派派给给每每一一个个区区组组的的设设计计就就是是随随机化区组设计机化区组设计3.目的是把性状不同的实验单元均衡地分配给每个处理目的是把性状不同的实验单元均衡地分配给每个处理4.试验数据采用试验数据采用无重复双因素方差分析无重复双因素方差分析现在学习的是第27页，共33页例例：两个因素：促销方法/地区消费倾向 某经营超级市场的集团公司，欲了解何种销售促销方法效果大，以某牌子的巧克力做一实验，实验水平共有4种：甲：在进口处摆设该巧克力的广告牌 乙：按原价减

13、价 5%丙：送增券 丁：油印广告，放在进口处由购买者自取 该公司决定以三个区域的超市作为实验单位，实验期为四个星期。至于何种促销方法在某区域何超市采用，乃由随机抽样方法决定。结果如下表：（应考虑销售区域在消费倾向方面的差异。）（应考虑销售区域在消费倾向方面的差异。）现在学习的是第28页，共33页 区域四种方法不同区域（i)甲 乙 丙 丁 1 76 68 8880 312 78 2 74 70 102 86 332 83 3 66 66 9292 316 79 216 204 282 258 x =960 72 68 94 86 可以看出，不同促销方法的销售情况不同，而不同区域的销售量似乎也有差

14、异。问题是：（1）各种促销方法是否会有不同作用？）各种促销方法是否会有不同作用？（2）不同区域的消费者行为是否会不一样？）不同区域的消费者行为是否会不一样？现在学习的是第29页，共33页 例题中的方差分析表（r=3,s=4)方差来源平方和自由度方差 F值 广告因子1320 3440.014.35 区域因子 56 2 28.00.91 误差 184 6 30.67 总和 1560 11 取=0.05，查表：F0.95(3,6)=4.76，F0.95(2,6)=5.14 （1）F=14.35 4.76 拒绝H0，四种广告确有区别；（2）F=0.91 5.14 不能拒绝H0，区域差异不显著；现在学习

15、的是第30页，共33页因 子 设 计现在学习的是第31页，共33页因 子 设 计(factorial design)1.感兴趣的因素有两个感兴趣的因素有两个2.考考虑虑两两个个因因素素(可可推推广广到到多多个个因因素素)的的搭搭配配试试验验设设计计称称为为因因子设计子设计3.该该设设计计主主要要用用于于分分析析两两个个因因素素及及其其交交互互作作用用对对试试验验结结果果的的影响影响4.试验数据采用试验数据采用可重复双因素方差分析可重复双因素方差分析现在学习的是第32页，共33页例题例题 新声香烟公司拟推出两种包装，一种设计比较保守，另一种则比较新颖。而价格也有两种选择（价格甲、价格乙）。在产品没有大量上市之前，该公司拟作一市场实验，以了解两种实验因素（价格与包装）的效果。市场研究部主任随机抽取了20个同规模的零售店作为实验单位，用随机方法将四种实验处理指派到20个商店，得到实验结果如下表：价格 甲价格 乙价格 包装 B1 B2 保守包装 A1 A1 B1 A1 B2 新潮包装 A2 A2 B1 A2 B2现在学习的是第33页，共33页