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1、试验设计与统计分析 第1页，本讲稿共36页Section 4.1Concepts About Designing Experiments试验设计的基本概念第2页，本讲稿共36页一、试验对被观察个体，人、动物或对象，施以处理后，测量有兴趣的变量的反应。试验进行程序为：试验单位处理反应控制试验环境只允许有不同处理水平，以避免混合效应的情况。例:冷冻法对胃溃疡减轻疼痛的效应胃溃疡病人，施以冷冻法(一般相信可降低胃酸的产生)，观察疼痛症状减轻的情况。冷冻法确实有症状减轻的效应。第3页，本讲稿共36页二、试验指标(experimental index)在试验中具体测定的性状或观测的项目称为试验指标。株高
2、、千粒重、亩产量、日增重、产奶量、产蛋率、瘦肉率单指标试验与多指标试验第4页，本讲稿共36页三、试验因素(experimental factor)试验中所研究的影响试验指标的因素叫试验因素，简称因素如品种、施肥量、灌溉方式单因素试验与多因素试验试验因素常用大写字母A、B、C、等表示第5页，本讲稿共36页四、因素水平(level of factor)试验因素所处的某种特定状态或数量等级称为因素水平，简称水平如比较3个品种亩产量的高低，这3个品种就是品种这个因素的3个水平因素水平用代表该因素的字母加添足标1，2，来表示，如 A1、A2、，B1、B2、，等第6页，本讲稿共36页五、试验处理(trea
3、tment)事先设计好的实施在试验单位上的具体项目叫试验处理，简称处理单因素试验，试验因素的一个水平就是一个处理在多因素试验时，试验因素的一个水平组合就是一个处理第7页，本讲稿共36页试验因素不同水平的组合 第8页，本讲稿共36页六、试验单位(experimental unit)在试验中能接受不同试验处理的独立的试验载体叫试验单位如一只家禽、一头家畜、一只小白鼠、一尾鱼试验单位往往也是观测数据的单位第9页，本讲稿共36页七、重复(repetition)在试验中，将一个处理实施在两个或两个以上的试验单位上，称为处理有重复一处理实施的试验单位数称为处理的重复数用某种饲料喂4头猪，就说这个处理(饲料
4、)有4次重复第10页，本讲稿共36页八、实例棉花灌溉试验 因素 水平A施肥种类B喷水时间C土壤含水量下限 1水平N早65 2水平N+P中55 3水平N+P+K晚50第11页，本讲稿共36页Section 4.2Basic Principles for Designing Experiments试验设计的基本原则第12页，本讲稿共36页测量值测量值=真实值真实值+随机误差随机误差+非随机误差非随机误差 xi =+i 1随机误差（随机抽样误差）：影响因素众多，变化无方向性，不可避免，但可用统计方法进行分析。2系统误差 受确定因素影响，大小变化有方向性。3非系统误差（过失误差）研究者偶然失误而造成的
5、误差。一、试验误差偏差偏差bias第13页，本讲稿共36页二、准确度与可靠性准确度(accuracy)或真实性（validity）：观察值与真值真值的接近程度，受系统误差系统误差的影响(常用指标：如灵敏度、特异度)。可靠度（reliabiliy），也称精密度(precision)或重复性（repeatability）：重复观察时重复观察时观察值与其均值与其均值的接近程度，受随机误差随机误差的影响（常用指标：一致百分率、Kappa值）。第14页，本讲稿共36页第15页，本讲稿共36页三、试验设计原则与统计显著性试验设计基本原则：控制控制(Control)Control)隐藏变量对反应的效应。隐藏
6、变量对反应的效应。随机化随机化(Randomization)Randomization)安排试验单位接受指定安排试验单位接受指定的处理。的处理。重复重复(Replication)Replication)试验于许多试验单位，以试验于许多试验单位，以降低结果降低结果的的机会变异机会变异(chance variation)chance variation)。统计显著性统计显著性(Statistical Significance)Statistical Significance)。若观察的效果太大，在概率分布上极不可能发生，称为该效应统计显著。第16页，本讲稿共36页试验设计三原则的关系及作用重复随机
7、化控制无偏误差估计估计误差降低误差统计推断提高精确性三原则作用第17页，本讲稿共36页Section 4.3Methods of Experiment Design常用试验设计方法第18页，本讲稿共36页一、完全随机设计所有的试验单位，随机指定到所有处理的试验设计，称为完全随机设计(Completely Randomized Design)。例 节约能源方案研究：安装用电量显示表，是否有警示节约用电的效果？n分组一 处理一 随机分组二 处理二 用电量 分组三 处理三20户20户20户装显示表张贴图表一般宣传第19页，本讲稿共36页完全随机设计的逻辑依据完全随机试验可提供确实的证据，显示不同处理
8、是造成不同效应的原因。试验进行之前的随机分组，各组成员背景应该在各方面都类似。试验进行之中，各组的试验环境除了处理外应该都相同。各组的平均反应差异，必然来自于不同的处理或是各组的随机差异。相同处理的两组也可能有不同平均反应差异。一、完全随机设计第20页，本讲稿共36页二、配对设计与区组设计配对设计配对设计(matched pairs design)matched pairs design)：两种处理分别(随机的)施行在一对特性相同或类似的试验单位上。例如：双胞胎区区组组设计设计(block design)block design)：特性相同或类似的的试验单位组成区组(block)，在各区组内随
9、机安排试验单位接受指定的处理，称为区组设计。第21页，本讲稿共36页n 分组一处理一 男性 随机 分组二处理二 反应 分组三处理三n 分组一处理一 女性 随机 分组二处理二 反应 分组三处理三试验单位二、配对设计与区组设计第22页，本讲稿共36页Section 4.4Field Experiment Design田间试验设计第23页，本讲稿共36页一、田间试验的基本要求试验目的要明确试验条件要有代表性试验结果要能够重演第24页，本讲稿共36页二、田间试验的误差来源及控制途径误差来源试验材料固有的差异试验时农事操作和管理技术不一致所引起的差异进行试验时外界条件的差异控制误差的途径选择同质一致的试
10、验材料改进操作和管理技术，使之标准化控制引起差异的外界主要因素第25页，本讲稿共36页三、控制土壤差异的小区技术试验地土壤肥力差异的形式小区面积小区的形状小区方向重复次数第26页，本讲稿共36页试验地土壤肥力差异的形式q肥力从大田的一边到另一边逐渐改变q斑块状差异第27页，本讲稿共36页小区面积小区面积增加，试验误差减小。小区面积扩大之后，同一小区里可能包括肥力不同的地块，缩小了小区间的土壤差异；扩大小区面积可增加株数，能够克服植株个体间的差异，增强其代表性小区面积m24.518364572变异系数（%）10.015.763.993.702.99天津绿白菜勘察试验小区面积与变异系数天津绿白菜勘
11、察试验小区面积与变异系数第28页，本讲稿共36页小区的形状小区长小区长:宽宽1:11:12:12:14:14:18:18:112:112:124:124:130:130:1小区产量的变小区产量的变异系数（异系数（CV%CV%）20.3520.3517.3617.3614.5114.5113.2013.2010.5210.524.874.873.463.46小区长宽比对土壤差异的变化小区长宽比对土壤差异的变化 采用狭长小区能较全面地包括不同肥力的土壤，相应减少小区之间的土壤差异，提高试验精确度。田间试验小区长宽比一般为25：1。小区面积较大时，长宽比多用35：1；1小区面积较小时，长宽比多用23
12、：1。第29页，本讲稿共36页小区方向241356肥力梯度小区的方向必须是长的一边与肥力变化最大的方向平行，使区组方向与肥力梯度方向垂直。按土壤肥力变异趋势确定小区排列方向按土壤肥力变异趋势确定小区排列方向(、代表重复；代表重复；1 1、2 2、6 6代表小区代表小区)第30页，本讲稿共36页重复次数与小区面积对试验误差的影响第31页，本讲稿共36页重复次数与小区面积对试验误差的相互关系第32页，本讲稿共36页四、完全随机设计实例例：激素和光照对不同水稻品种苗高的影响试验单位：播盆试验因素：A品种(A1、A2、A3 三个品种)，B激素处理（B1对照喷水处理，B2施用20mg/L的赤霉素），C光
13、照处理（C1加光，C2自然光）试验处理：共计32212个试验处理处理安排：采用盆播，每一处理重复20次，共需240个播盆，每一个处理随机安排到20个播盆中试验指标：苗高第33页，本讲稿共36页五、配对设计实例例：不同处理方法钝化病毒效果研究试验单位：番茄植株试验因素：处理病毒方法（A1和A2)试验处理：共2个处理配对方法：选生长期、发育进度、植株大小和其他方面皆比较一致的两株番茄构成一组，共得7组，每组中一株接种A1处理病毒，另一株接种A2处理病毒试验指标：病毒产生的病痕数目第34页，本讲稿共36页六、随机区组设计实例例：早稻不同品种和密度产量试验试验单位：田间试验小区，小区计产面积20cm2。试验因素：A品种（A1早熟，A2中熟，A3迟熟），B密度（B1 16.5cm6.6cm，B2 16.5cm9.9cm，B3 16.5cm13.2cm）。试验处理：共计339个试验处理。试验指标：小区产量。第35页，本讲稿共36页A1B1A2B2A3B3A2B3A3B2A1B3A3B1A1B2A2B1A2B3A3B2A1B2A3B1A1B3A2B1A2B2A3B3A1B1A3B1A1B3A2B1A1B2A2B2A3B3A1B1A2B3A3B2区组区组区组早稻品种和密度两因素随机区组试验的田间排列早稻品种和密度两因素随机区组试验的田间排列六、随机区组设计实例第36页，本讲稿共36页