《试验设计方法》PPT课件.ppt
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1、第十五章第十五章试验设计方法试验设计方法本章主要讨论几种常用的试验设计方法及相本章主要讨论几种常用的试验设计方法及相应的数据处理方法应的数据处理方法第一节第一节 完全随机设计完全随机设计一、方法一、方法从一个大群体中从一个大群体中随机随机抽取符合试验要求的动物个体、抽取符合试验要求的动物个体、或独立供试单位、或试验材料,数量与试验要求或独立供试单位、或试验材料,数量与试验要求相符,或略多一些,组成样本相符,或略多一些,组成样本将抽取到的样本将抽取到的样本随机随机分成若干个组或组合,使每一分成若干个组或组合,使每一组和组合内的重复数相等,或基本相等,并作适组和组合内的重复数相等,或基本相等,并作
2、适当的调整当的调整每一组和组合每一组和组合随机随机接受一种处理接受一种处理二、特点二、特点1、随机抽样、随机分组、随机配置随机抽样、随机分组、随机配置2、优点:方法简单优点:方法简单 限制条件少限制条件少 抽样比较自由抽样比较自由 在试验材料不明了的情况下也能使用这在试验材料不明了的情况下也能使用这种方法种方法 统计方法明确统计方法明确3、缺点:精确度较低缺点:精确度较低三、统计分析方法三、统计分析方法2 个样本组时可采用个样本组时可采用 t-test 法进行显著性检验法进行显著性检验多个样本组时可采用单因子方差分析法多个样本组时可采用单因子方差分析法同时考虑同时考虑 2 个因子或多个因子时可
3、采用两因子或多个因子或多个因子时可采用两因子或多因子方差分析法因子方差分析法质量性状的资料可采用卡方检验法质量性状的资料可采用卡方检验法四、采用完全随机设计方法时应注意的事项四、采用完全随机设计方法时应注意的事项1、对照的设置对照的设置不管使用什么样的试验设计,都应当设置对照组,不管使用什么样的试验设计,都应当设置对照组,但完全随机设计尤应注意这一点但完全随机设计尤应注意这一点对照组的设置应与处理组同等对待,在动物学科试对照组的设置应与处理组同等对待,在动物学科试验中,应当是先分组,然后在其中任取一组作为验中,应当是先分组,然后在其中任取一组作为对照,而不应当先设置对照或最后设置对照对照,而不
4、应当先设置对照或最后设置对照即在整个试验中,对照的设置应当也是随机的即在整个试验中,对照的设置应当也是随机的2、随机化随机化一定要遵守完全随机化的原则,不应当作任何人为一定要遵守完全随机化的原则,不应当作任何人为的干预的干预3、群饲的处理群饲的处理以群为供试单位时,应注意不能以群内个体间的差以群为供试单位时,应注意不能以群内个体间的差异作为误差来源,而应当以群间的差异作为误差异作为误差来源,而应当以群间的差异作为误差来源来源比较理想的设计方法是:同一处理内设置多个小群比较理想的设计方法是:同一处理内设置多个小群体(即独立供试单位),以每一小群体的平均值体(即独立供试单位),以每一小群体的平均值
5、作为原始数据进行统计分析作为原始数据进行统计分析特别是个体间易相互干扰的试验:特别是个体间易相互干扰的试验:或者是每一试验动物一个单独的圈舍,或者是几个或者是每一试验动物一个单独的圈舍,或者是几个试验动物一个圈舍但仅作为一个独立单位来对待试验动物一个圈舍但仅作为一个独立单位来对待第二节第二节 随机区组设计随机区组设计一、方法一、方法当试验规模达到一定程度后,完全随机设计就不容当试验规模达到一定程度后,完全随机设计就不容易做到试验条件完全一致易做到试验条件完全一致因此可以将整个试验分成若干个相对独立、比较均因此可以将整个试验分成若干个相对独立、比较均匀的单元(局部)、每一单元内设置一整套完整匀的
6、单元(局部)、每一单元内设置一整套完整的试验,这一个单元就称为区组的试验,这一个单元就称为区组一个区组可以是一个独立的空间,如:一个地区、一个区组可以是一个独立的空间,如:一个地区、一个试验区、一个畜牧场、一栋畜舍、一个养殖一个试验区、一个畜牧场、一栋畜舍、一个养殖单元、一个家系;或是一个独立的时间段,等单元、一个家系;或是一个独立的时间段,等可以用作区组的条件(或因素)有很多可以用作区组的条件(或因素)有很多区组设置:区组设置:区组区组1 区组区组2 区组区组bA1A2.AaA1A2.AaA1A2.Aa配对设计:配对设计:A1A2A1A2A1A2对区组的要求是:对区组的要求是:区组内的供试单
7、位(或供试动物)其各项条件应当区组内的供试单位(或供试动物)其各项条件应当基本一致,而区组之间应有适度的间距或差异基本一致,而区组之间应有适度的间距或差异每一区组应能容纳一整套试验每一区组应能容纳一整套试验同一区组内如何安排试验单位,应随机化同一区组内如何安排试验单位,应随机化如果一个区组内仅安排一个处理、一个对照,这样如果一个区组内仅安排一个处理、一个对照,这样的区组就是配对试验设计的区组就是配对试验设计因此区组试验设计可以看作是配对试验设计的扩展因此区组试验设计可以看作是配对试验设计的扩展配对试验设计:对子内的两个动物应尽可能一致配对试验设计:对子内的两个动物应尽可能一致区组试验设计:区组
8、内的一套动物应尽可能一致区组试验设计:区组内的一套动物应尽可能一致配对试验设计:对子内的供试动物何者为处理、何配对试验设计:对子内的供试动物何者为处理、何者为对照应当是随机的者为对照应当是随机的区组试验设计:同一区组内的供试动物哪一个为对区组试验设计:同一区组内的供试动物哪一个为对照亦应当是随机的照亦应当是随机的配对试验设计:同一对子内的两个动物其非试验条配对试验设计:同一对子内的两个动物其非试验条件应当是一致的件应当是一致的区组试验设计:同一区组内的一套供试动物其非试区组试验设计:同一区组内的一套供试动物其非试验条件亦应当是一致的验条件亦应当是一致的二、随机区组设计的特点二、随机区组设计的特
9、点随机区组设计的精确度要高于完全随机设计随机区组设计的精确度要高于完全随机设计其原因是:由于设计了区组,误差被分成了两部分其原因是:由于设计了区组,误差被分成了两部分一部分误差是区组内的,由于区组内的条件基本一一部分误差是区组内的,由于区组内的条件基本一致,这部分误差就完全是随机性的致,这部分误差就完全是随机性的另一部分误差是区组间的,这部分误差由于设置了另一部分误差是区组间的,这部分误差由于设置了区组,而可以在方差分析中作为因子区组,而可以在方差分析中作为因子 B 而从总变而从总变异中析出,从而使得区组内误差(即随机误差)异中析出,从而使得区组内误差(即随机误差)变得较为单纯变得较为单纯即随
10、机区组设计所进行的方差分析,所得到的误差即随机区组设计所进行的方差分析,所得到的误差(用误差项均方进行估计)是真正的随机误差(用误差项均方进行估计)是真正的随机误差三、随机区组设计试验的统计分析三、随机区组设计试验的统计分析配对试验设计仅有两个区组,因此所得到的数据可以配对试验设计仅有两个区组,因此所得到的数据可以用用 t-test 进行分析进行分析随机区组设计有多个区组,因此所得到的数据应当用随机区组设计有多个区组,因此所得到的数据应当用组合内无重复的两因子方差分析组合内无重复的两因子方差分析例:在例:在 5 个鸡场试验个鸡场试验 4 种中草药添加剂配方的增重效种中草药添加剂配方的增重效果果
11、每一鸡场内选择每一鸡场内选择 4 组条件基本一致的同品种鸡,每一组条件基本一致的同品种鸡,每一组鸡随机地饲喂一种中草药添加剂组鸡随机地饲喂一种中草药添加剂这里中草药添加剂是这里中草药添加剂是 A 因子,有因子,有 4 个水平;鸡场为个水平;鸡场为 B因子,有因子,有 5 个水平个水平试验结束后,得如下数据:试验结束后,得如下数据:鸡鸡 中草药添加剂配方中草药添加剂配方 场场 A1 A2 A3 A4B1 B2B3B4B5请回答:这一数据表的结构属于哪种类型?请回答:这一数据表的结构属于哪种类型?数据的数学模型是什么?数据的数学模型是什么?表中的数据应使用哪种统计方法进行分析?表中的数据应使用哪种
12、统计方法进行分析?当考察两个因素时,同样可以设置区组,即设置当考察两个因素时,同样可以设置区组,即设置 r 个区组,每一个区组内设置一套两因素的完整试个区组,每一个区组内设置一套两因素的完整试验,一个区组内的整套两因素试验既可以是无重验,一个区组内的整套两因素试验既可以是无重复的,也可以是有重复的复的,也可以是有重复的统计分析时,可以将总变异剖分成统计分析时,可以将总变异剖分成 A 因子、因子、B 因子、因子、AB 互作、区组互作、区组 C、误差、误差 e 五部分五部分四、随机区组设计的注意事项四、随机区组设计的注意事项1、因子内各水平的相似性因子内各水平的相似性被考察的因子(被考察的因子(A
13、)各水平在不同的区组内应有相)各水平在不同的区组内应有相似的反应似的反应即一个水平在某一区组内表现得较好,那么在其他即一个水平在某一区组内表现得较好,那么在其他区组内亦应普遍较好;另一个水平在某一区组内区组内亦应普遍较好;另一个水平在某一区组内较差,那么在其他区组内亦应普遍较差较差,那么在其他区组内亦应普遍较差否则,就会出现互作否则,就会出现互作2、A 因子的水平数和区组数因子的水平数和区组数A 因子的每一水平都应当在所有区组内出现;每一因子的每一水平都应当在所有区组内出现;每一区组应包含区组应包含 A 因子所有的水平(完全随机区组)因子所有的水平(完全随机区组)3、自由度与误差的关系自由度与
14、误差的关系设置区组的目的是希望试验误差变小,从而提高试设置区组的目的是希望试验误差变小,从而提高试验分析的精确性,但如果区组的设置不能起到降验分析的精确性,但如果区组的设置不能起到降低误差的作用,就应当将区组并入误差项,如区低误差的作用,就应当将区组并入误差项,如区组的组的F2 时,仍可使用,但设计时,仍可使用,但设计会变得复杂一些、资料分析也会复杂一些会变得复杂一些、资料分析也会复杂一些第四节第四节 拉丁方设计(简介)拉丁方设计(简介)在设计区组设计中,我们以区组来消除系统误差,在设计区组设计中,我们以区组来消除系统误差,但如果系统误差来自两个方面,如一个来自空间,但如果系统误差来自两个方面
15、,如一个来自空间,一个来自时间,则我们就应当设置两个方向的区一个来自时间,则我们就应当设置两个方向的区组来消除这种系统误差组来消除这种系统误差拉丁方(拉丁方(Latin Square)就是可以消除上述两个方)就是可以消除上述两个方向上的系统误差的一种有用的设计方法向上的系统误差的一种有用的设计方法例如,要考察某些药物在饲料中的残留量、考察药例如,要考察某些药物在饲料中的残留量、考察药物在动物体内的代谢速率、某些添加剂对猪生长物在动物体内的代谢速率、某些添加剂对猪生长的影响,等等,都可以用拉丁方设计进行试验的影响,等等,都可以用拉丁方设计进行试验拉丁方设计除需要考察的因素拉丁方设计除需要考察的因
16、素 A 外,需设置供试单外,需设置供试单位位 B、动物生活期、动物生活期 C,共三个因素,共三个因素假设主因素假设主因素 A 设置三个水平:设置三个水平:A1、A2、A3;供试动;供试动物物 B 有三组:有三组:B1、B2、B3;供试动物的连续生长;供试动物的连续生长期期 C 也有三个:也有三个:C1、C2、C3如果考虑全部组合,从如果考虑全部组合,从 A1B1C1 直至直至 A3B3C3 就应当就应当有有 33=27 个组合个组合能否仅完成部分组合的试验就可取得本来要全部试能否仅完成部分组合的试验就可取得本来要全部试验才能获取的信息量呢?验才能获取的信息量呢?答案是肯定的:答案是肯定的:首先
17、我们将两个区组首先我们将两个区组 B 与与 C 搭配起来,从搭配起来,从 B1C1 到到B3C3 共有共有 33=9 个组合个组合这这 9 个组合中,个组合中,B 因素的每一水平与因素的每一水平与 C 因素的所有因素的所有水平均搭配一次,也仅搭配一次水平均搭配一次,也仅搭配一次反之,反之,C 因素的每一水平也与因素的每一水平也与B因素的所有水平搭因素的所有水平搭配一次,也仅搭配一次,我们将这种搭配称为配一次,也仅搭配一次,我们将这种搭配称为正正交交即即 B 因素与因素与 C 因素的搭配是因素的搭配是均衡均衡的,即的,即正交正交的的现在我们将现在我们将 A 因素的各个水平搭配进去,要使得因素的各
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