实验设计方法课件.ppt
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1、关于实验设计方法1现在学习的是第1页,共82页2统计设计统计设计实验设计现场调查设计现在学习的是第2页,共82页3实验设计方法实验设计方法 1.配对设计配对设计(matchedpairsdesign)2.交叉试验设计交叉试验设计(cross-overdesign)3.完全随机组设计完全随机组设计(completerandomdesign)4.配伍组设计配伍组设计(randomizedblockdesign)5.均衡不完全配伍组设计均衡不完全配伍组设计(balancedincompleteblocksdesign)现在学习的是第3页,共82页4实验设计方法6.拉丁方设计拉丁方设计(Latin-S
2、quaredesign)7.析因设计析因设计(factorialdesign)8.正交设计正交设计(orthogonaldesign)9.序贯实验设计序贯实验设计(sequentialtrial)现在学习的是第4页,共82页5一、配对设计一、配对设计(matchedpairs design)配对设计是将受试对象配成对子,随机给予每对中的两个体以不同处理。配对条件为主要的非处理因素。在动物试验中,常将种属、性别、年龄、体重相近的两动物配成对子;临床试验中,常将性别相同,年龄,生活条件、病情轻重等相似的两个病人配成对子。现在学习的是第5页,共82页6配对设计的形式配对设计的形式自身配对自身配对同一
3、对象接受两种处理,如同一标本用两种方同一对象接受两种处理,如同一标本用两种方法进行检验,同一患者接受两种处理方法。法进行检验,同一患者接受两种处理方法。异体配对异体配对将条件相近的实验对象配对,并分别给予两种将条件相近的实验对象配对,并分别给予两种处理。处理。现在学习的是第6页,共82页7配对设计的特点配对设计的特点配对设计的优点:比较理想地控制了非处理配对设计的优点:比较理想地控制了非处理因素的影响,均衡性较好,减少抽样误差。因素的影响,均衡性较好,减少抽样误差。缺点:观察对象要经过挑选,特别是临床试缺点:观察对象要经过挑选,特别是临床试验中病例较少时,样本含量较少。验中病例较少时,样本含量
4、较少。现在学习的是第7页,共82页8配对设计的统计分析配对设计的统计分析当服从正态分布时,用配对比较的当服从正态分布时,用配对比较的t t检验;检验;当不服从正态分布或分布未知时,用配对符当不服从正态分布或分布未知时,用配对符号秩和检验。号秩和检验。现在学习的是第8页,共82页9二、交叉试验设计二、交叉试验设计(cross-overdesign)将将A A、B B两种处理先后施于同一批试验对象,随机地两种处理先后施于同一批试验对象,随机地使半数对象先接受使半数对象先接受A A,后接受,后接受B B;另一半对象先接受;另一半对象先接受B B,后接受,后接受A A。两种处理在全部试验过程中。两种处
5、理在全部试验过程中“交叉交叉”进行,进行,称为交叉试验。称为交叉试验。由于由于A A和和B B处于先后两个试验阶段的机会是相等的,处于先后两个试验阶段的机会是相等的,因此平衡了试验顺序的影响,而且能把处理方法之因此平衡了试验顺序的影响,而且能把处理方法之间的差别与时间先后之间的差别分开来分析。间的差别与时间先后之间的差别分开来分析。现在学习的是第9页,共82页10交叉试验设计交叉试验设计确确定定受受试试对对象象的的例例数数必必须须是是偶偶数数,并并编编号号,尽尽量量使使相相邻邻的的第第1 1、2 2号号非非处处理理因因素素近近似似,第第3 3、4 4号号非非处处理理因因素素近近似似,余余类类推
6、推。随随机机地地确确定定各各单单号号的的接接受受两两种种处处理理的的顺顺序序,而而各各双双号号的的顺顺序序,与与其其前前一一个个单单号号的顺序相反。的顺序相反。统计分析方法:当服从正态分布时,用方差分析;统计分析方法:当服从正态分布时,用方差分析;当不服从正态分布时,用秩和检验当不服从正态分布时,用秩和检验。现在学习的是第10页,共82页11表4-116只大自鼠的痛阈值 编号 阶 段 合计12345678910111213141516A 2.5B 2.2A 2.3B 3.0B 2.0A 3.5B 3.2A 2.4A 1.9B 3.0B 2.5A 2.6B 2.1A 3.0A 3.8B 1.9B
7、 2.0A 2.9B 1.6A 3.3A 2.4B 3.1A 3.9B 1.8B 1.6A 3.4A 3.2B 1.6A 2.8B 2.6B 3.2A 2.04.55.13.96.34.46.67.14.23.56.45.74.24.95.67.03.9合计41.941.483.3A参数合计 45.9 B参数合计 37.4现在学习的是第11页,共82页12表4-3 表4-1资料的秩和检验 编号 阶 段 -+差 秩次和 秩次按A-B顺序136891214152.5 2.02.3 1.63.5 3.12.4 1.81.9 1.62.6 1.63.0 2.63.8 3.20.5 120.7 150.
8、4 100.6 140.3 91.0 160.4 110.6 13 1004.5 73.9 2.56.6 13.54.2 4.53.5 14.2 4.55.6 107.0 15 58按B-A顺序2457101113162.2 2.93.0 3.32.0 2.43.2 3.93.0 3.42.5 3.22.1 2.81.9 2.0-0.7 1-0.3 7-0.4 5-0.7 2-0.4 6-0.7 3-0.7 4-0.1 8 365.1 96.6 13.54.4 67.1 166.4 125.7 114.9 83.9 2.5 78现在学习的是第12页,共82页13交叉试验设计的特点交叉试验设计的
9、特点交叉设计的优点是节省样本数,且均衡性较好。交叉设计的优点是节省样本数,且均衡性较好。但要求两种观察时间不能过长,处理没有持久效但要求两种观察时间不能过长,处理没有持久效果,使两种处理能够很快区分开。如比较两种抗果,使两种处理能够很快区分开。如比较两种抗菌素治疗肺炎的效果,病人一旦痊愈就不能再用菌素治疗肺炎的效果,病人一旦痊愈就不能再用另一种抗生素,就不适用。当药物有蓄积作用或另一种抗生素,就不适用。当药物有蓄积作用或排泄缓慢,使得第二次处理不能很快排除第一次排泄缓慢,使得第二次处理不能很快排除第一次的干扰,而影响第二次处理,也不适于应用。的干扰,而影响第二次处理,也不适于应用。现在学习的是
10、第13页,共82页14三、完全随机组设计三、完全随机组设计(completerandomdesign)完全随机组设计是将受试对象,随机地分配到各个处完全随机组设计是将受试对象,随机地分配到各个处理组中进行实验观察,或者从不同总体中随机抽样进理组中进行实验观察,或者从不同总体中随机抽样进行对比观察的一种试验设计。在实验研究中可先将实行对比观察的一种试验设计。在实验研究中可先将实验对象编号,再用随机数字表或随机排列表把它们随验对象编号,再用随机数字表或随机排列表把它们随机地分成两组或多组,分别用各种处理进行实验观察,机地分成两组或多组,分别用各种处理进行实验观察,各组实验对象例数可以相等,也可以不
11、相等。各组实验对象例数可以相等,也可以不相等。现在学习的是第14页,共82页15完全随机组设计的特点完全随机组设计的特点此种设计的优点是设计和统计分析比较简单。此种设计的优点是设计和统计分析比较简单。缺点是试验效率较低,且只能分析一个因素。缺点是试验效率较低,且只能分析一个因素。现在学习的是第15页,共82页16完全随机组设计的统计分析完全随机组设计的统计分析 一、两处理组一、两处理组1.大大样样本本(当当nl及及n2均均大大于于50时时)当当资资料料为为计计量量时时可可用用u检验,当资料为计数时可用检验,当资料为计数时可用2检验。检验。2.小样本小样本计量资料:当服从正态分布且方差齐时,采用
12、计量资料:当服从正态分布且方差齐时,采用t检验;当服从正态分布但方差不齐时,采用检验;当服从正态分布但方差不齐时,采用t检验,当检验,当不服从正态分布或分布未知时,采用秩和检验;当资料不服从正态分布或分布未知时,采用秩和检验;当资料为计数时可用确切概率法。为计数时可用确切概率法。现在学习的是第16页,共82页17完全随机组设计的统计分析完全随机组设计的统计分析二、多个处理组二、多个处理组 为计量资料时:当服从正态分布且方差为计量资料时:当服从正态分布且方差齐时,采用方差分析;当不服从正态分齐时,采用方差分析;当不服从正态分布或分布未知时,采用秩和检验。当资布或分布未知时,采用秩和检验。当资料为
13、计数时采用料为计数时采用2 2检验。检验。现在学习的是第17页,共82页18四、配伍组设计四、配伍组设计(randomized block design)配伍设计是配对设计的扩大。当处理组数为配伍设计是配对设计的扩大。当处理组数为三个或三个以上时,将受试对象的非处理因三个或三个以上时,将受试对象的非处理因素相同或相似者组成配伍组,每个配伍组的素相同或相似者组成配伍组,每个配伍组的受试对象随机地分配到各个处理组。受试对象随机地分配到各个处理组。现在学习的是第18页,共82页19配伍组设计的特点配伍组设计的特点各个处理组中的受试对象不仅数量相同,而各个处理组中的受试对象不仅数量相同,而且比较均衡。
14、这种试验设计,既减小了抽样且比较均衡。这种试验设计,既减小了抽样误差,还可以分析出处理组及配伍组两个因误差,还可以分析出处理组及配伍组两个因素的影响。素的影响。其缺点和配对设计相同,受试对象要经过挑其缺点和配对设计相同,受试对象要经过挑选。选。现在学习的是第19页,共82页20 缺项估计缺项估计 配伍组试验的特点是各处理组的受试对象数相等,配伍组试验的特点是各处理组的受试对象数相等,各配伍组的受试对象数也相等。如在试验过程中,各配伍组的受试对象数也相等。如在试验过程中,因故造成某个数据丢失,例如试验过程中死去一因故造成某个数据丢失,例如试验过程中死去一只动物,或由于仪器故障。此时如果将此配伍组
15、只动物,或由于仪器故障。此时如果将此配伍组整个去掉,对信息是一种损失。但由于缺少一个整个去掉,对信息是一种损失。但由于缺少一个数据,无法进行方差分析。可以采用缺项估计加数据,无法进行方差分析。可以采用缺项估计加以解决。以解决。现在学习的是第20页,共82页21现在学习的是第21页,共82页22缺项估计自由度的处理缺项估计自由度的处理补入的X的值不占自由度,总的自由度应减1,即bt-2。误差自由度也应减1,而处理及配伍的误差自由度不变。现在学习的是第22页,共82页23五、均衡不完全配伍组设计五、均衡不完全配伍组设计(balanced incomplete blocks design)一般每个一
16、般每个配伍组的受试对象个数配伍组的受试对象个数k应等于应等于处理组数处理组数v,但有时处理组数,但有时处理组数v多于多于配伍配伍组组所能容纳的所能容纳的受试对象受试对象个数,即个数,即vk。此。此时每个配伍组不能把所有的处埋都安排时每个配伍组不能把所有的处埋都安排进去,可采用进去,可采用均衡不完全配伍组设计,均衡不完全配伍组设计,简称简称BIB设计。设计。现在学习的是第23页,共82页24均衡不完全配伍组设计均衡不完全配伍组设计设有设有A、B、C、D四种处理,每四种处理,每个配伍组只个配伍组只能按排能按排3个处理,不能安排所有的个处理,不能安排所有的4个处理,个处理,因此是不完全的。如果按照表
17、因此是不完全的。如果按照表51设计,则设计,则每个处理因素出现的次数都相同每个处理因素出现的次数都相同(3次次);且;且任意两个因素在同一配伍组内的次数也是相任意两个因素在同一配伍组内的次数也是相同的同的(2次次),因此设计是均衡的。,因此设计是均衡的。现在学习的是第24页,共82页25表表51 均衡不完全配伍组设计均衡不完全配伍组设计配伍组号处 理 因 素1234AAABBBCCCDDD现在学习的是第25页,共82页26均衡不完全配伍组设计要求均衡不完全配伍组设计要求设设v v为为处处理理组组数数,k k为为每每个个配配伍伍组组受受试试对对象象的的个个数数,b b为为配配伍伍组组组组数数,r
18、 r为为每每种种处处理理重重复复数数,为为每每两两种种处处理理同同 时时出出现现的的配伍组组数。配伍组组数。1 1 2 2 必须是整数必须是整数现在学习的是第26页,共82页27均衡不完全配伍组设计表均衡不完全配伍组设计表书中附表达式书中附表达式6给出了各种不同情况下的给出了各种不同情况下的均衡不完全配伍组设计表,选择的原则均衡不完全配伍组设计表,选择的原则是由:是由:v:实验设计所确定的处理因素实验设计所确定的处理因素的水平数。的水平数。k:实验条件所能提供配伍组内实实验条件所能提供配伍组内实验的对象(动物)数或实验同时进行的验的对象(动物)数或实验同时进行的实验的对象(动物)数实验的对象(
19、动物)数现在学习的是第27页,共82页28六、拉丁方设计六、拉丁方设计(Latin-Squaredesign)用用r r个个拉拉丁丁字字母母排排成成r r行行r r列列的的方方阵阵,使使每每行行及及每每列列中中每每个个字字母母都都只只出出现现一一次次,这这样的方阵称为样的方阵称为r r阶拉丁方,或阶拉丁方,或rrrr拉丁方。拉丁方。例:例:3333拉丁方拉丁方 I I 1 A B C 1 A B C 2 B C A 2 B C A 3 C A B 3 C A B 现在学习的是第28页,共82页29拉丁方的基本型拉丁方的基本型 第第1行行及及第第列列都都是是按按某某自自然然的的或或标标准准的的次
20、次序,如按拉丁字母的次序排成的。序,如按拉丁字母的次序排成的。rrrr基本型的拉丁方个数基本型的拉丁方个数N Nr r为为 r 2 3 4 5 6r 2 3 4 5 6 N Nr r 1 1 4 56 9408 1 1 4 56 9408 现在学习的是第29页,共82页30l4444拉丁方拉丁方 I I 1 A B C D 1 A B C D 2 B A D C 2 B A D C 3 C D A B 3 C D A B 4 D C B A 4 D C B A现在学习的是第30页,共82页31正交拉丁方设计正交拉丁方设计 A B CA B C B C AB C A C A BC A B A B
21、 C A B C B B C C A A C C A A B B现在学习的是第31页,共82页32拉丁方设计使用与统计分析拉丁方设计使用与统计分析拉丁方实验设计用于三个因素,每个因素的拉丁方实验设计用于三个因素,每个因素的水平数相同,且因素间没有交互作用。优点:水平数相同,且因素间没有交互作用。优点:试验次数减少到最小,并且均衡。试验次数减少到最小,并且均衡。统计分析:方差分析统计分析:方差分析现在学习的是第32页,共82页33444 拉丁方设计拉丁方设计浓度峰合计1234A 0.80B 0.50C 0.38D 0.22B 0.74A 0.36D 0.44C 0.25C 0.31D 0.18A
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