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1、生物统计与试验设计李齐发南京农业大学动物科技学院 南京第1页几点说明1.1.课程成绩课程成绩作业作业 20分分考勤考勤 10分分期末考试期末考试 70分分2.2.期末考试期末考试3.3.教教 材材英译汉英译汉 10分分名词解释名词解释 20分分简答题简答题 30分分计算题计算题 40分分4.4.计计 算算 器器5.5.课堂纪律课堂纪律第2页第一章 概 论 生物统计学惯用术语生物统计学惯用术语 生物统计学内容生物统计学内容 生物统计学特点生物统计学特点 生物统计学概念生物统计学概念第3页第一节 生物统计学概念生物统计学（biostatistics）就是用概率论和数理统计学原理与方法来处理生物学资
2、料学科 达尔文时代以前生物学，普通以描述为主颜色颜色形状形状大小大小羽色羽色冠形冠形体格体格白羽白羽黑羽黑羽黄羽黄羽横斑纹横斑纹白来航鸡白来航鸡 狼山鸡狼山鸡 正阳三黄鸡正阳三黄鸡 芦花鸡芦花鸡 单冠单冠豆冠豆冠玫瑰冠玫瑰冠草莓冠草莓冠茶花鸡茶花鸡 旧院黑鸡旧院黑鸡 泰和乌鸡泰和乌鸡 泰和乌鸡泰和乌鸡大型鸡大型鸡小型鸡小型鸡萧山鸡萧山鸡 矮小鸡矮小鸡 第4页 伴随生物学发展,描述已无法满足科学研究需要，于是就有了度量 有了度量以后就产生了大量数据资料，那么，怎样来处理、分析这些看似杂乱无章数据资料，而且发觉其内在规律采取普通数学方法来进采取普通数学方法来进行计算行计算用概率论和数理统计学用概率
3、论和数理统计学原理与方法原理与方法生物统计学力不从心，甚至是无能为力力不从心，甚至是无能为力 第5页生物统计学是动物科学研究和生产实践中必不可少工具，现已被广泛应用于各个方面：遗传、育种 营养、饲料 基因组分析 遗传图谱构建 QTL定位第6页在国外尤其是经济发达国家，生物统计学已经渗透到生物学相关各个领域：课题申请论文审稿新药研发专设机构第7页生物统计学思维和方法已经渗透到动物生产实践和科学研究之中与国外相比，国内缺乏从事生物统计学研究专业人员 畜牧与兽医杂志审稿畜牧与兽医杂志审稿 与农业部动物检疫所（青岛）合作与农业部动物检疫所（青岛）合作 本科毕业论文答辩本科毕业论文答辩第8页孟德尔遗传定
4、律、生物进化理论、分子数量遗传学和生物信息学等，它们发觉、诞生和发展，都离不开生物统计学参加 伴随分子生物学发展，生物统计学越来越显示出它主要性 第9页第二节 生物统计学特点1.概率性概率性（Probability）2.二元性二元性（Duality）3.归纳性归纳性（Induction）第10页1.概率性概率性生物学数据含有变异性生物学数据含有变异性针对生物性状进行研究得出一个结论时，这个结论正确性往往是针对生物性状进行研究得出一个结论时，这个结论正确性往往是相正确、相正确、有条件有条件，这个条件能够用，这个条件能够用概率值概率值来表示来表示不能经过不能经过描述性定性科学描述性定性科学或或决定
5、性数量科学决定性数量科学来处理生物学领域中很多问来处理生物学领域中很多问题题 第11页动物血液是红色冰鱼血液是黄色马蹄蟹血液是蓝色第12页天下乌鸦普通普通黑 形容万恶旧社会官官相护形容万恶旧社会官官相护 中央电视台国际报道：在印度南部一个小村庄发觉了一只白色乌鸦第13页出现了白色乌鸦，就认为“天下乌鸦普通黑”观点就是错误出现了黄色血液冰鱼，就认为“动物血液是红色”结论是不正确 按照一些学科推理，假如出现反例就必须要否定原来结论假如从生物统计学角度来看，结假如从生物统计学角度来看，结果会完全不一样果会完全不一样最少有最少有95%以上动物血液是红色以上动物血液是红色最少有最少有99%以上乌鸦是黑色
6、以上乌鸦是黑色 第14页 经典数学计算结果是绝正确、明确，也是唯一经典数学计算结果是绝正确、明确，也是唯一 生物统计学从复杂多变生物性状中得出结论普通都只能在一定概率确保下生物统计学从复杂多变生物性状中得出结论普通都只能在一定概率确保下认为是正确，同时得到结果也不是唯一认为是正确，同时得到结果也不是唯一 生物统计学不一样于经典数学现在概率思想越来越深入到每个人生活中 午后有阵雨，午后有阵雨，雷雨时短时阵雷雨时短时阵风风降水概率降水概率75%，东南风转西，东南风转西北风北风第15页2.二元性二元性 生物统计学理论体系生物统计学理论体系概率论概率论 大量、起源于生产实践数据资料大量、起源于生产实践
7、数据资料 生物统计学是理论与实践并重一门学科，有时处理实践资料甚至重于理论指导 生物统计学二元性：理论与实践并重 理论与实践亲密结合 第16页3.归纳性归纳性理论上我们总希望能取得并处理含有同一性质全部资料归纳性是生物统计学主要精神，简单地说就是从部分资料（统计学中称为样本）中归纳出普通性原理并把它应用到较大范围（统计学中称为总体）猪猪链链球球菌菌病病研研究究 四川地域四川地域病人主要病人主要是经过接是经过接触性伤口触性伤口感染猪链感染猪链球菌病球菌病人感染猪链球菌病，主要是经过接触性伤口传输 广东广东东京东京纽约纽约在科学研究和生产实践中只能取得其中很小、但含有代表性一部分个体来进行研究、分
8、析和处理 第17页第三节第三节 生物统计学主要内容生物统计学主要内容生物统计学是动物科学专业专业基础课程生物统计学是动物科学专业专业基础课程生物统计学主要包含两大部分内容：生物统计学主要包含两大部分内容：1.统计部分1.1 描述性统计 主要是数据资料整理、分析，是生物统计学基础内容主要是数据资料整理、分析，是生物统计学基础内容（1 1）数据资料整理）数据资料整理（2 2）数据资料特征值计算）数据资料特征值计算（3 3）概率分布和抽样分布）概率分布和抽样分布第18页1.2 统计推断又称假设检验，是生物统计学关键内容又称假设检验，是生物统计学关键内容（1）t-检验主要用于检验主要用于检验2 2个平
9、均数个平均数间差异是否显著间差异是否显著（2）2-检验 主要用于检验由质量性状得来主要用于检验由质量性状得来次数资料次数资料显著性显著性（3）F-检验 主要用于检验主要用于检验多个平均数多个平均数间差异是否显著间差异是否显著（4）非参数检验 主要用于检验主要用于检验样本容量小、未知分布样本容量小、未知分布资料显著性资料显著性1.3 相关与回归分析经过对数据资料相关、回归分析，揭示出试验指标间内在联络经过对数据资料相关、回归分析，揭示出试验指标间内在联络，为动物为动物生产提供强有力依据生产提供强有力依据（1 1）简单相关）简单相关（2 2）简单回归）简单回归（3 3）曲线回归）曲线回归（4 4）
10、多元回归）多元回归第19页2.试验设计部分主要是试验设计基本原理、方法主要是试验设计基本原理、方法u 完全随机设计u 配对设计u 拉丁方设计u 正交设计u 随机区组设计u 交叉设计第20页第四节 生物统计学惯用术语1.变量与观察值变量（变量（variable）是指不一样个体间表现变异性某种特征）是指不一样个体间表现变异性某种特征对于一个个体来说，经过分量所得到某一变量含有变异性质数值就称为观对于一个个体来说，经过分量所得到某一变量含有变异性质数值就称为观察值（察值（observation）2.总体与样本总体（总体（population）是指研究全部对象，即含有相同性质观察值所组成集合）是指研究
11、全部对象，即含有相同性质观察值所组成集合相同生物体所组成集合，如同一物种，不是统计学意义上总体只有相同生物体所含有某一相同只有相同生物体所含有某一相同性状所表现出来值集合才能作为性状所表现出来值集合才能作为统计学中总体统计学中总体第21页总体中每一个研究对象称为个体（总体中每一个研究对象称为个体（individual）无限总体现有时间内涵，又有空间（地域）内涵。当我们把某一总体限无限总体现有时间内涵，又有空间（地域）内涵。当我们把某一总体限定于某一时间、某一地域时，无限总体就成了有限总体定于某一时间、某一地域时，无限总体就成了有限总体 总体按所含个体数量能够分为无限总体和有限总体禽流感鸡产蛋量
12、无限总体无限总体辽宁黑山辽宁黑山有限总体有限总体 总体按研究对象又能够分为现实总体和假想总体 猪链猪链球菌球菌病病2 2型疫型疫苗免苗免疫效疫效果果假想这一部分被试猪假想这一部分被试猪就来自于已注射新疫就来自于已注射新疫苗猪总体苗猪总体这一总体在疫这一总体在疫苗推广之前并苗推广之前并不存在不存在假想总体当新疫苗试验当新疫苗试验成功并加以推成功并加以推广后这一总体广后这一总体就存在了就存在了现实总体第22页（1）总体往往是无限、假想 在实际工作中不可能对总体中全部观察值一一加以考查，而只能对其中含有代表性一小部分观察值进行研究（2）有限总体有时也包含数目相当多个体，要取得全部观察值须花费大量人力
13、、物力和时间（3）有些性状测定、观察值取得带有破坏性样本样本（sample）就是从总体中抽得一部分含有代表性观察值所组成子集就是从总体中抽得一部分含有代表性观察值所组成子集为了使所得到样本能无偏地预计总体，必须使总体中每一观察值都有同等机会进入样本，这种抽样方法称为随机抽样（random sampling）随机抽样法所得到样本称为随机样本（random sample）第23页样本中所包含观察值个数，称为样本容量样本中所包含观察值个数，称为样本容量 用用n n表示表示 有限总体大小（总体容量），用有限总体大小（总体容量），用N N表示表示 n30n30样本称为小样本样本称为小样本 n n3030
14、称为大样本称为大样本 标准：大动物样本容量可小一些，小动物样本容量可适当大一些3.参数与统计量 反应数据集中趋势总体平均数 参数（参数（parameter）：由总体各观察值所取得、用来描述总体特征数值）：由总体各观察值所取得、用来描述总体特征数值反应数据变异程度总体标准差 参数是一个真值、一个定值，不改变 用表示用表示第24页统计量（统计量（statistic）：由样本各观察值计算得到、用来描述样本特征数值）：由样本各观察值计算得到、用来描述样本特征数值 样本平均数 样本标准差 用用S表示表示 统计量是改变，不固定用用 表示表示 统计量和参数关系 从同一总体中抽取不一样样本所计算得到同一性质统
15、计量是不相同，但这些统计量都能够用来预计对应参数 在绝大多数情况下，参数极难直接由计算得到，而只能经过样本统计量来进行预计 第25页4.准确度与准确度 准确度（准确度（accuracy）也称为准确性，是指观察值与真值靠近程度）也称为准确性，是指观察值与真值靠近程度 准确度（准确度（precise）也称为准确性，指在同一处理条件下，同一批观察值间相）也称为准确性，指在同一处理条件下，同一批观察值间相互靠近程度互靠近程度 准确度高、准确度高 在很多情况下，准确度和准确度二者往往不可兼得，所以在制订试验方案在很多情况下，准确度和准确度二者往往不可兼得，所以在制订试验方案或进行试验时，应该很好地加以权
16、衡或进行试验时，应该很好地加以权衡 准确度低、准确度低 准确度低、准确度高 标准上，能够适当放弃一些准确度以确保足够准确度标准上，能够适当放弃一些准确度以确保足够准确度 第26页5.随机误差和系统误差 误差（误差（error）：试验结果和真值之间差异和偏离）：试验结果和真值之间差异和偏离5.1 随机误差随机误差（random error）又称为偶然误差，是指由各种偶然原因引发、无法加以预测和控制无规律偏差（1）偶然性随机误差性质随机误差性质:（2）恒在性（3）独立性（4）影响准确度n 随机误差是进行统计假设检验基础，没有随机误差就没有统计假设检验 n 生物统计学就是为误差而诞生，生物统计学全部
17、意义就是处理和预计误差第27页5.2 系统误差系统误差（systematic error）也称为片面误差，是指因为一些特定非试验条件所造成使试验结果朝某一个方向发生有规律偏移（1）度量工具不正确（5）试验人员操作或观察时偏爱和习惯（2）试验仪器未经校正（3）外界试验条件发生了很大改变（4）观察时间影响（6）试验动物分组时发生偏差 当发生系统误差时，观察值都会有规律地向某一个方向偏离真值，因而降当发生系统误差时，观察值都会有规律地向某一个方向偏离真值，因而降低了试验准确度。系统误差是能够被消除低了试验准确度。系统误差是能够被消除 第28页为了有效地控制误差，确保试验准确度和准确度，在试验设计和试验过程中，应该注意以下几个问题：试验动物一致性试验动物一致性 环境条件一致性环境条件一致性 操作管理一致性操作管理一致性 第29页