实验设计与数据分析论文.pdf

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1、实验设计与数据分析在学习中的应用任何自然科学都离不开实验，大多数学科（化工、化学、轻工、材料、环 境、医药、热工等）中的概念、原理和规律大多由实验推导和论证的。如最佳 的配 方、工艺条件，产品性能的优化，对产品质量、环境质量作出评价等。“实验设计与数据分析”课程是以概率论数理统计、专业技术知识和实践 经 验为基础，经济、科学地安排试验，并对试验数据进行计算分析，最终达到减少试 验次数、缩短试验周期、迅速找到优化方案的一种科学计算方法 O 它主要应用于工 农业生产和科学研究过程中的科学试验，是产品设计、质量管理和 科学研究的重要 工具和方法。在学习当中我们会接触实验，例如无机实验、有机化学实验、

2、物理实验、分 析化学实验等基础课程实验，当然还有专业课的实验。我所学专业是药物制剂，本 专业与彳匕学药物密不可分，当然更离不开实验。实验过程包括以下几步：1实验准备 提出问题，弄清实验目标 设计实验方案（实验设计）拟订实验大纲 实验设备、测试仪器的准备2实验 测试 记录3实验数据的分析、处理通过一定的方法对实验数据进行整理、分析，去伪存真，提炼出我们需 要的信息，以发现事物的规律。4提交实验报告或科研报告虽然说起来步骤简便，但真正进行实验时并不是那么简单的，要对实验进行设计要 做到最大限度地提高实验效率，最大限度地提高实验精度。这是实验设计的基本宗旨，可以用一下表格说明这一点:这样实验设计与数

3、据分析就体现了巨大的作用，实验设计一一是指为节省人力、财 力、迅速找到最佳条件，揭示事物内在规律，根据实验中不同问题，在实验前利用数学原理科学编排实验的过程。以概率论与数理统计学为理论基 础，为获得可靠试验结果和 有用信息，科学安排试验的一种方法论，亦是研究如何高效而经济地获取所需要的数据 与信息的方法。正确的实验设计不仅节省人力，物力和时间，并且是得到可信的实验结果的重要保证。即经过设计的实验，效果大大提高，与不经过设计的实验相比，情况大 不相同。广义上说，实验设计包括明确实验目的，确定测定参数，确定需要控制或改变的条件，选择实验方法和测试仪器，确定实测精度要求，实验方案设计和数据处理步骤等

4、。课程中所讲述的实验设计的步骤分为：1、明确实验目的，确定实验指标。2、挑选因素，选取水平。3、选定实验设计方法。4、实验点安排。以及实验设计的方法：1、针对不同的具体情况，有不同的实验设计方法。2、单因素试验设计3、双因素试验设计4、正交实验设计5、各种试验方法的目的、出发点各不相同。根据这些基本的理论才能有实验设计的理论基础，是实验设计以及实验的进行做到科学合理，并且得到期待的可靠地结果。实验设计方法主要有：一、单因素实验设计的方法主要有：1、平均法：在确定因素范围的中点处做实验，每做一次试验后，根据试验点目标函数 值的高低，就可以决定去掉左半边或右半边范围，在留下范围内的中心处在试验，用

5、同样的 方法决定去留和留下的区间，再反复的试验下去，直到达到 要求平分法：根据试验点的目标函数值来决定舍弃半个因素范围平分法的优点：每次试验 可去掉试验范围的一半，试验次数大大减少（适用情况：每次试验的结果能直接分析出该因 素的值是取大了还是取小了的情况）2、斐波纳奇法基本思想与 0.618 法一样 不同 0.618 法按一定比例常数 0.618 来缩短 范围，而斐按不同比例（斐波纳奇数）缩短范围斐波纳奇法优点：1 给定试验次数时，可使区间缩短为最小一最优搜索法 2 这种方法 是序贯法，它是限定试验次数并且每次做一个试验的最优方法 3 算法简单，适用于计算机 计算3、黄金分割法步骤：1 确定试

6、验范围a b 2 选定试验点（0.618 0.382）3 根据留好去坏原则，对比试验结果，缩小试验范围 4 在新的范围内安排试验 5 重复上述过程至 满意结果0.618 法（黄金分割法）优点：有效减少试验次数。适用范围：指数函数为单峰函数预给要求法适用范围：1 如能预先确定总的试验次数 2 预先限定了试验的批数和每批试验双因素的设计理论也接触 了很多。二、正交试验设计是利用正交表安排与分析各因素试验的一种方法，通过有代表性的 水平组合进行试验，了解全面试验情况1、正交试验设计步骤：1 明确试验目的，确定试验指标 2 挑选因素，选出水平，列 出因素水平表2、正交表选择原则：1 因素数小于等于正交

7、表列数 2 因素水平数等于正交表水平数 满足 12 选最小表）3 选用正交表 4 试验 5 对试验结果进行统计分析3、正交试验直观分析步骤：1 计算极差 R 2 根据极差 R 大小排列出因素主次顺序 3 计算主要因素的水平平均值，选取最有水平组合4、方差分析的意义：通过数据分析，搞清与数据相尖的各个因素对试验结果的影响5、方差分析的基本原理：数据总和偏差分解为：1 各因素的偏差平方和（组间平方和）2 误差偏差平方和（组内平方和）6、优点：简单明了，通俗易懂，计算工作量小，便于普及利用这些实验的设计步骤以 及实验设计地方法科学有效的设计实验要进行的分点。实验设计的方法与理论在我们所学的课程中有很

8、重要的应用例如：1、某化工工程师欲研究化学反应温度（60C、70C、80C）、反应时间（lh、l5h、2h）、催化剂用量（2kg 2.5kg 3kg）对产品产量（指标）的影响，根 据找出 的规律，确立最佳生产条件。2、直接过滤实验中，欲考察混凝剂硫酸铝投量，助剂聚丙烯酰胺投量，滤速对过 滤周期平均出水浊度的影响。上述两个实验的进行都需要实验设计方法的理论支持，科学的设计实验分点，记录的数据后要进行数据分析，然后得到比较可靠的分析结果。实验设计与数据分析给我们提供了科学的方便快捷的试验方法，所以在学科中有很广泛的应用。通过本课程的教学，使我们掌握了试验数据统计分析的基本原理，并能针 对实际问题正确地运用。学好本课程，为将来从事各专业科学研究打下基础。