《試驗設(shè)計方案》PPT課件.ppt

第4章 試驗設(shè)計,Designing Experiments,Section 4.1 Concepts About Designing Experiments 試驗設(shè)計的基本概念,一、試驗,對被觀察個體，人、動物或?qū)ο螅┮蕴幚砗?，測量有興趣的變量的反應(yīng)。 試驗進行程序為： 試驗單位 處理 反應(yīng) 控制試驗環(huán)境只允許有不同處理水平，以避免混合效應(yīng)的情況。 例:冷凍法對胃潰瘍減輕疼痛的效應(yīng) 胃潰瘍病人，施以冷凍法(一般相信可降低胃酸的產(chǎn)生)，觀察疼痛癥狀減輕的情況。 冷凍法確實有癥狀減輕的效應(yīng)。,二、試驗指標(biāo)(experimental index),在試驗中具體測定的性狀或觀測的項目稱為試驗指標(biāo)。 株高、千粒重、畝產(chǎn)量、日增重、產(chǎn)奶量 、產(chǎn)蛋率、瘦肉率 單指標(biāo)試驗與多指標(biāo)試驗,三、試驗因素(experimental factor),試驗中所研究的影響試驗指標(biāo)的因素叫試驗因素，簡稱因素 如品種、施肥量、灌溉方式 單因素試驗與多因素試驗 試驗因素常用大寫字母A、B、C、等表示,四、因素水平(level of factor),試驗因素所處的某種特定狀態(tài)或數(shù)量等級稱為因素水平，簡稱水平 如比較3個品種畝產(chǎn)量的高低，這3個品種就是品種這個因素的3個水平 因素水平用代表該因素的字母加添足標(biāo)1，2， ， 來表示，如 A1 、 A2 、 ， B1 、B2、，等,五、試驗處理(treatment),事先設(shè)計好的實施在試驗單位上的具體項目叫試驗處理，簡稱處理 單因素試驗，試驗因素的一個水平就是一個處理 在多因素試驗時，試驗因素的一個水平組合就是一個處理,試驗因素不同水平的組合,六、試驗單位(experimental unit),在試驗中能接受不同試驗處理的獨立的試驗載體叫試驗單位 如一只家禽、 一頭家畜、一只小白鼠、一尾魚 試驗單位往往也是觀測數(shù)據(jù)的單位,七、重復(fù)(repetition),在試驗中，將一個處理實施在兩個或兩個以上的試驗單位上，稱為處理有重復(fù) 一處理實施的試驗單位數(shù)稱為處理的重復(fù)數(shù) 用某種飼料喂4頭豬，就說這個處理(飼料)有4次重復(fù),八、實例,棉花灌溉試驗,Section 4.2 Basic Principles for Designing Experiments 試驗設(shè)計的基本原則,測量值=真實值+隨機誤差+非隨機誤差 xi = + i 1隨機誤差（隨機抽樣誤差）： 影響因素眾多，變化無方向性，不可避免，但可用統(tǒng)計方法進行分析。 2系統(tǒng)誤差 受確定因素影響，大小變化有方向性。 3非系統(tǒng)誤差（過失誤差） 研究者偶然失誤而造成的誤差。,一、試驗誤差,偏差bias,二、準(zhǔn)確度與可靠性,準(zhǔn)確度(accuracy)或真實性（validity） ：觀察值與真值的接近程度，受系統(tǒng)誤差的影響(常用指標(biāo)：如靈敏度、特異度)。 可靠度（reliabiliy），也稱精密度(precision)或重復(fù)性（repeatability） ：重復(fù)觀察時觀察值與其均值的接近程度，受隨機誤差的影響（常用指標(biāo)：一致百分率、Kappa值）。,三、試驗設(shè)計原則與統(tǒng)計顯著性,試驗設(shè)計基本原則： 控制(Control)隱藏變量對反應(yīng)的效應(yīng)。 隨機化(Randomization)安排試驗單位接受指定的處理。 重復(fù)(Replication)試驗于許多試驗單位，以降低結(jié)果的機會變異(chance variation)。 統(tǒng)計顯著性(Statistical Significance)。 若觀察的效果太大，在概率分布上極不可能發(fā)生，稱為該效應(yīng)統(tǒng)計顯著。,試驗設(shè)計三原則的關(guān)系及作用,重復(fù),隨機化,控制,無偏誤差估計,估計誤差,降低誤差,統(tǒng)計推斷,提高精確性,三原則,作用,Section 4.3 Methods of Experiment Design 常用試驗設(shè)計方法,一、完全隨機設(shè)計,所有的試驗單位，隨機指定到所有處理的試驗設(shè)計，稱為完全隨機設(shè)計(Completely Randomized Design)。 例 節(jié)約能源方案研究：安裝用電量顯示表，是否有警示節(jié)約用電的效果？ 分組一 處理一 隨機 分組二 處理二 用電量 分組三 處理三,20戶,20戶,20戶,裝顯示表,張貼圖表,一般宣傳,完全隨機設(shè)計的邏輯依據(jù),完全隨機試驗可提供確實的證據(jù)，顯示不同處理是造成不同效應(yīng)的原因。 試驗進行之前的隨機分組，各組成員背景應(yīng)該在各方面都類似。 試驗進行之中，各組的試驗環(huán)境除了處理外應(yīng)該都相同。 各組的平均反應(yīng)差異，必然來自于不同的處理或是各組的隨機差異。 相同處理的兩組也可能有不同平均反應(yīng)差異。,一、完全隨機設(shè)計,二、配對設(shè)計與區(qū)組設(shè)計,配對設(shè)計(matched pairs design)： 兩種處理分別(隨機的)施行在一對特性相同或類似的試驗單位上。 例如：雙胞胎 區(qū)組設(shè)計(block design)： 特性相同或類似的的試驗單位組成區(qū)組(block)，在各區(qū)組內(nèi)隨機安排試驗單位接受指定的處理，稱為區(qū)組設(shè)計。,分組一 處理一 男性 隨機 分組二 處理二 反應(yīng) 分組三 處理三 分組一 處理一 女性 隨機 分組二 處理二 反應(yīng) 分組三 處理三,試驗單位,二、配對設(shè)計與區(qū)組設(shè)計,Section 4.4 Field Experiment Design 田間試驗設(shè)計,一、田間試驗的基本要求,試驗?zāi)康囊鞔_ 試驗條件要有代表性 試驗結(jié)果要能夠重演,二、田間試驗的誤差來源及控制途徑,誤差來源 試驗材料固有的差異 試驗時農(nóng)事操作和管理技術(shù)不一致所引起的差異 進行試驗時外界條件的差異 控制誤差的途徑 選擇同質(zhì)一致的試驗材料 改進操作和管理技術(shù)，使之標(biāo)準(zhǔn)化 控制引起差異的外界主要因素,三、控制土壤差異的小區(qū)技術(shù),試驗地土壤肥力差異的形式 小區(qū)面積 小區(qū)的形狀 小區(qū)方向 重復(fù)次數(shù),試驗地土壤肥力差異的形式,肥力從大田的一邊到另一邊逐漸改變 斑塊狀差異,小區(qū)面積,小區(qū)面積增加，試驗誤差減小。 小區(qū)面積擴大之后，同一小區(qū)里可能包括肥力不同的地塊，縮小了小區(qū)間的土壤差異； 擴大小區(qū)面積可增加株數(shù)，能夠克服植株個體間的差異，增強其代表性,天津綠白菜勘察試驗小區(qū)面積與變異系數(shù),小區(qū)的形狀,小區(qū)長寬比對土壤差異的變化,采用狹長小區(qū)能較全面地包括不同肥力的土壤，相應(yīng)減少小區(qū)之間的土壤差異，提高試驗精確度。 田間試驗小區(qū)長寬比一般為25：1。 小區(qū)面積較大時，長寬比多用35：1； 1小區(qū)面積較小時，長寬比多用23：1。,小區(qū)方向,肥力梯度,小區(qū)的方向必須是長的一邊與肥力變化最大的方向平行，使區(qū)組方向與肥力梯度方向垂直。,按土壤肥力變異趨勢確定小區(qū)排列方向 (、 、 代表重復(fù)；1、2、6代表小區(qū)),重復(fù)次數(shù)與小區(qū)面積對試驗誤差的影響,重復(fù)次數(shù)與小區(qū)面積對試驗誤差的相互關(guān)系,四、完全隨機設(shè)計實例,例：激素和光照對不同水稻品種苗高的影響 試驗單位：播盆 試驗因素：A品種(A1、A2、A3 三個品種)，B激素處理（B1對照噴水處理，B2施用20mg/L的赤霉素），C光照處理（C1加光，C2自然光） 試驗處理：共計32212個試驗處理 處理安排：采用盆播，每一處理重復(fù)20次，共需240個播盆，每一個處理隨機安排到20個播盆中 試驗指標(biāo)：苗高,五、配對設(shè)計實例,例：不同處理方法鈍化病毒效果研究 試驗單位：番茄植株 試驗因素：處理病毒方法（A1和A2) 試驗處理：共2個處理 配對方法：選生長期、發(fā)育進度、植株大小和其他方面皆比較一致的兩株番茄構(gòu)成一組，共得7組，每組中一株接種A1處理病毒，另一株接種A2處理病毒 試驗指標(biāo)：病毒產(chǎn)生的病痕數(shù)目,六、隨機區(qū)組設(shè)計實例,例：早稻不同品種和密度產(chǎn)量試驗 試驗單位：田間試驗小