医学统计学之科研方法第二讲：实验设计原则.ppt

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1、1第二讲第二讲 实验设计原则实验设计原则2实验设计的基本要素实验设计的基本要素 实验设计是在其它因素严格控制的条实验设计是在其它因素严格控制的条件下，对实验因素产生的实验效应进行观件下，对实验因素产生的实验效应进行观察。察。实验设计主要是对实验因素作合理有实验设计主要是对实验因素作合理有效地安排，最大限度地减少实验误差，使效地安排，最大限度地减少实验误差，使达到高效、快速和经济的目的。达到高效、快速和经济的目的。实验设计的基本要素包括实验设计的基本要素包括处理因素、处理因素、受试对象和实验效应受试对象和实验效应三个组成部分三个组成部分。3一、一、处处理因素（研究因素）理因素（研究因素）l处处理

2、理因因素素就就是是指指在在实实验验研研究究中中有目的地加到受试对象身上的因素。有目的地加到受试对象身上的因素。l与与其其相相对对应应的的是是所所谓谓非非处处理理因因素素，它它是是指指非非有有意意加加到到受受试试对对象象身身上上，而而在在实实验验中中可可能能起起到到干干扰扰作作用用的的因因素。素。4一、一、处处理因素（研究因素）理因素（研究因素）确定确定处处理因素理因素时时要注意以下几个要注意以下几个问题问题：l 处理因素的数目及水平不宜过大处理因素的数目及水平不宜过大l 要确定处理因素与非处理因素要确定处理因素与非处理因素l 处处理因素的理因素的强强度要适宜度要适宜 l 处处理因素必理因素必须

3、标须标准化准化 5二、二、受受试对试对象象 医医学学研研究究的的受受试试对对象象通通常常是是人人和和动动物物，在在实实验验设设计计时时首首先先要要确确定定试试验验对对象象，并并对对实实验验对对象象和和条条件件作作严格规定。严格规定。l临床试验对象：病人临床试验对象：病人 l动物实验对象：动物动物实验对象：动物(实验室实验室)6三、实验效应三、实验效应 实验效应主要是指标选择问题，具体实验效应主要是指标选择问题，具体要求如下：要求如下：l指指标标的关的关联联性性 l指指标标的客的客观观性性 l指指标标的灵敏性的灵敏性 l指指标标的特异性的特异性 l指指标标的精确性的精确性 7实验设计的原理实验设

4、计的原理 处处理理因因素素T T能能得得到到相相应应的的、准准确确的的实实验验效应效应e e，即，即e e是是T T相应的结果：相应的结果：TeTe 非处理因素非处理因素S S，非处理因素实验效应，非处理因素实验效应s s T+Se+sT+Se+s8实验设计的原理实验设计的原理l实验效应实验效应e e是与是与s s混在一起的，实验设计混在一起的，实验设计的主要任务是如何使的主要任务是如何使e e能单独显示出来。能单独显示出来。如实验设立对照，使实验中两组的如实验设立对照，使实验中两组的S S均衡，均衡，即即S S1 1=S=S2 2，这样实验组中，这样实验组中T T的效应的效应e e就可显就可

5、显示出来。在相互对照设计中：示出来。在相互对照设计中：试验组：试验组：T T1 1+S+S1 1ee1 1+s s1 1 对照组：对照组：T T2 2+S+S2 2ee2 2+s+s2 2 9实验设计实验设计的的四原则四原则l对对照原照原则则 l均衡原则均衡原则 l随机原随机原则则 l重复原重复原则则 10一、一、对对照原照原则则l只有通过设立对照，才能使处理因只有通过设立对照，才能使处理因素产生的效应显示出来，消除了非素产生的效应显示出来，消除了非处理因素的影响。同时设立对照还处理因素的影响。同时设立对照还可消除和减少试验误差。可消除和减少试验误差。11对对照的形式照的形式l空白对照：空白对

6、照：对对照照组组不施加任何不施加任何处处理因素。理因素。l实验对照：实验对照：对对照照组组不施加不施加处处理因素，但施加某理因素，但施加某种与种与处处理因素有关的理因素有关的实验实验因素。因素。l标准对照：标准对照：不不设设立立对对照照组组，而是用，而是用现现有有标标准或准或正常正常值值作作为对为对照。照。l自身对照：自身对照：对照和实验在同一受试对象进行对照和实验在同一受试对象进行 l相互对照：相互对照：各实验组间相互为对照各实验组间相互为对照 l历史对照：历史对照：又称为文献对照或回顾对照又称为文献对照或回顾对照 12二、均衡原则二、均衡原则l各各组组之之间间除除处处理理因因素素不不同同外

7、外，其其他他的的非非处处理理因因素素应应该该完完全全一一致致或或基基本本一一致致，这这就就称称为为均均衡衡性性好。均衡的方法最常用的有以下两种方法。好。均衡的方法最常用的有以下两种方法。l.l.交交叉叉均均衡衡：此此种种均均衡衡方方法法是是在在实实验验单单元元中中各各设设立立实实验验组组和和对对照照组组。以以便便两两组组的的非非处处理理因因素素均均衡一衡一敛敛。2.2.分分层层均均衡衡：是是将将混混杂杂因因素素按按不不同同水水平平划划分分为为若若干干单单位位组组，然后在每个，然后在每个单单位位组组内安排内安排处处理因素。理因素。13第一设计方案 第二设计方案 14实验实验日期日期处处 理理 A

8、 B C D1222222222322224222215三、随机原三、随机原则则 l使实验组和对照组非处理因素趋于一致或均衡的主要手段是随机化。l随机化的方法有多种，最常使用的是利用随机数字表和随机排列表(或称随机化分组表)。16随机数字表随机数字表l随随机机数数字字表表常常用用于于抽抽样样研研究究及及受受试试对象的分组随机化。对象的分组随机化。l表表内内的的数数字字互互相相独独立立，无无论论从从横横行行、纵纵列列或或斜斜向向等等各各种种顺顺序序均均呈呈随随机机状状态态，使使用用时时可可以以从从任任一一数数字字开开始始，按任何一个顺序录用。按任何一个顺序录用。17随机数字表编号12345678

9、91010347 437386369647366129774 246762428114572031676 622766565026710741256 859926969668273156559 563564385482462261622 779439495443548278442 175331572455068886301 637859169555671993321 1234297864560782105760 863244094727965418随机排列表l 利利用用随随机机排排列列表表进进行行随随机机分分组组较较利利用用随随机机数数字字表表更更为为简简单单，但但不不适适用用于于随随机机抽抽

10、样样的的研研究究。随随机机排排列列表表包包括括1010，2020，3030，4040，5050，100100个个自自然然数数随随机机排排列列而而成成的的六六种种表表格格，见见附附表表2 2至附表至附表7 7。19随机排列表随机排列表编号编号1234567891011270846539227649538103385917260440496381257590276183456834256079175613407982879850241639413829507610650173942820例动物号动物号123456789 10随机数随机数 3859172604分组分组BABBBBAAAA21具体具体

11、随机分随机分组组方法方法l完全随机设计的随机分组方法完全随机设计的随机分组方法 l配对设计的随机分组方法配对设计的随机分组方法 l配伍组设计的随机分组方法配伍组设计的随机分组方法 l对处理因素随机排列对处理因素随机排列 22四、重复原则四、重复原则 l重复是消除非处理因素影响的又一重要重复是消除非处理因素影响的又一重要手段。重复程度表现为样本含量的大小手段。重复程度表现为样本含量的大小和重复次数的多少。样本含量越大，则和重复次数的多少。样本含量越大，则抽样误差越小，样本越能代表总体。但抽样误差越小，样本越能代表总体。但是，样本含量太大或实验次数太多，不是，样本含量太大或实验次数太多，不仅会增加

12、严格控制实验条件的困难，也仅会增加严格控制实验条件的困难，也会造成不必要的浪费。会造成不必要的浪费。23样本含量计算样本含量计算l作总体参数估计时的样本含量作总体参数估计时的样本含量 总体均数估计总体均数估计 总体率估计总体率估计 l假设检验时的样本含量假设检验时的样本含量 样本均数与总体均数比较样本均数与总体均数比较(或配对比较或配对比较)两样本均数比较两样本均数比较 两样本率比较两样本率比较 24习题l1.对于由一个错误的实验设计所产生的实验数据，在进行数据处理之前，其补救方法靠（）A.统计方法 B.数学方法 C.重做实验 D.重新设计，重做实验l2.试验设计中要求严格遵守四个基本原则，其目的是为了（）A.便于统计处理 B.严格控制或消除随机误差的影响 C.便于进行试验 D.尽量减少或抵消非试验因素的干扰25l3.在用小白鼠作为受试对象的实验中，实验者用手随意地、一次又一次地从笼子中抓小白鼠，每次抓一只，将先抓到的n1只放入对照组，后抓到的n2只放入试验组。问：这样做意味着什么？lA.实现了随机化B.误用随便取代随机lC.结论仍然可信D.动物分组无关紧要26l4.（多选）在试验设计中必须涉及的项目称为要素，试验设计的要素有：lA试验因素 B试验单位lC试验计划 D试验效应