生物統(tǒng)計學(xué)課件上(南昌大學(xué)).ppt

授課人：鄒志文 TEL:Email: 南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院,名人名言,生活中最重要的問題,其中占大多數(shù)實際上只是概率的問題。 拉普拉斯 在終極的分析中，一切知識都是歷史。 在抽象的意義下，一切科學(xué)都是數(shù)學(xué)。 在理性的世界里，所有的判斷都是統(tǒng)計學(xué)。 C.R勞 若想了解上帝在想什么，我們就必須學(xué)統(tǒng)計，因為統(tǒng)計學(xué)就是在量測他的旨意。 南丁格爾,世界上有三種謊言：謊言、該死的謊言和統(tǒng)計 There are three kinds of lies: lies, damned lies and statistics. 馬克吐溫自傳引述十九世紀(jì)英國首相狄斯雷利的名句,國家統(tǒng)計局相關(guān)官員表示，我國居民消費增長較慢，居民消費支出在GDP中的比重較低。據(jù)悉，2008年中國居民消費率(居民消費占GDP的比重)為35.3%，美國為70.1%，印度為54.7%。（09年12月3日新華網(wǎng)） “前三季度中國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）同比增長7.7，其中第三季度增長8.9”、“中國城市化率已達(dá)45.68%”、“97%外出農(nóng)民工已就業(yè)”,央視網(wǎng)消息，CTR市場研究公司通過隨機(jī)抽樣，電話調(diào)查了2290個收看家庭，結(jié)果顯示，96.1%的用戶收看了今年春晚，其中81.6%認(rèn)為今年春晚辦得好。 而15日的廣州日報報道，在某門戶網(wǎng)站對今年春晚的滿意度調(diào)查上，截至今日零時記者截稿前，認(rèn)為“好”的只占15.2%，不到兩成，46.5%的人認(rèn)為不好。,春晚的滿意度每年都有兩個版本，央視永遠(yuǎn)志得意滿，神采飛揚(yáng)，民間許多人并不買賬，罵聲不絕。京華時報15日報道，央視市場研究公司公布?xì)v年的調(diào)查結(jié)果，近5年來，央視春晚的叫好率逐年走低。其中，2006年叫好率為85.5%，2007年為83.6%，2008年為81.1%，2009年為81.1%。,緒 論 第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義 第二節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)發(fā)展簡史 第三節(jié) 生物統(tǒng)計的主要內(nèi)容 第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常用術(shù)語 第五節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)要求,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,一、生物統(tǒng)計的概念 生物統(tǒng)計學(xué)：把概率論和數(shù)理統(tǒng)計的科學(xué)原理和方法應(yīng)用于生物科學(xué)研究中的數(shù)量資料的搜集、整理和分析的科學(xué)，是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)，是現(xiàn)代生物學(xué)研究中不可缺少的工具。 數(shù)理統(tǒng)計：是以隨機(jī)現(xiàn)象的數(shù)量特征和分布規(guī)律為研究對象的一種數(shù)學(xué)方法。 重要任務(wù)就是對客觀事物得出本質(zhì)的和規(guī)律性的認(rèn)識，使人們對所研究的資料作出正確的結(jié)論。,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,二、生物統(tǒng)計的地位 生物數(shù)學(xué)(Biomathematics):以數(shù)學(xué)方法研究和解決生物學(xué)問題，并對生物學(xué)有關(guān)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行理論研究，介于生物學(xué)和數(shù)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。從研究使用的數(shù)學(xué)方法劃分，生物數(shù)學(xué)可分為生物統(tǒng)計學(xué)、生物信息學(xué)、生物系統(tǒng)論、生物控制論和生物方程等分支。,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,三、生物統(tǒng)計的作用 1、為科學(xué)地整理分析數(shù)據(jù)提供方法 2、判斷試驗結(jié)果的可靠性 由于存在試驗誤差，從試驗所得的數(shù)據(jù)資料必須借助于統(tǒng)計分析方法才能獲得可靠的結(jié)論。 3、確定事物之間的相互關(guān)系 科學(xué)試驗的目的，不僅是研究事物的特征、特性，同時還要研究事物間的相互關(guān)系的聯(lián)系形式。 4、提供試驗設(shè)計的原則和方法 5、為學(xué)習(xí)其他課程提供基礎(chǔ),第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,四、生物統(tǒng)計的意義 W.Gosset于1908年以“Student”筆名將“t-檢驗”發(fā)表于Biometrika上，文章說：“任何實驗可以作為是許多可能在相同條件下作出的實驗的總體中的一個個體，一系列的實驗則是從這個總體所抽得的一個樣品?！?第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，無疑也為生物統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用拓展了廣闊的空間。生物醫(yī)學(xué)期刊雜志社聘請統(tǒng)計學(xué)專家為期刊論文把握統(tǒng)計處理的質(zhì)量，新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志、柳葉刀等著名的醫(yī)學(xué)期刊還增設(shè)了負(fù)責(zé)處理統(tǒng)計學(xué)問題常務(wù)編委。,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,生物統(tǒng)計分析軟件包的普及將生物統(tǒng)計學(xué)從統(tǒng)計學(xué)家的書本里解放出來，成為生物學(xué)研究者的常用工具。但它也帶來了一個嚴(yán)重的弊端對生物統(tǒng)計方法的誤用與濫用。如果把整個統(tǒng)計分析過程變成一個黑箱， 那就有可能垃圾進(jìn)，垃圾出(garbage in, garbage out)。,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,五、生物統(tǒng)計學(xué)的特點 Characteristics 1、 根據(jù)有限數(shù)量的樣本觀察數(shù)據(jù)來推斷和估計事物的總體，是生物統(tǒng)計的基本特點。 2、 用樣本來推斷總體，要求樣本具有一定的含量和代表性。 3、推斷有很大的可靠性，但有一定的錯誤率（如假陽性）。 4、實驗設(shè)計應(yīng)該先于生物統(tǒng)計分析的思考!,第一節(jié) 生物統(tǒng)計的地位意義,第二節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)發(fā)展簡史,最早建立生物統(tǒng)計思想的是A.Quetelet(1796-1874),把統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用于解決生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和社會學(xué)中的問題，第一個認(rèn)識到大量變異數(shù)據(jù)中蘊(yùn)涵規(guī)律性（近代統(tǒng)計學(xué)的重要思想） 最早應(yīng)用生物統(tǒng)計學(xué)的是C.Darwin（1809-1882），進(jìn)化論的本質(zhì)是生物統(tǒng)計 遺傳學(xué)奠基人G.Mendel的豌豆雜交實驗結(jié)果也證實了生物統(tǒng)計的規(guī)律,第二節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)發(fā)展簡史,統(tǒng)計學(xué)用于生物學(xué)的研究，開始于19世紀(jì)末，1870年，英國遺傳學(xué)家，Galton (1822-1911)提出了相關(guān)與回歸的概念，被公認(rèn)為生物統(tǒng)計學(xué)的創(chuàng)始人。 Galton和他的繼承人K.Plarson (1857-1936)于1895年成立了倫敦大學(xué)生物統(tǒng)計實驗室，提出了 檢驗方法。 K.Plarson的學(xué)生Gosset (1876-1937)在1908年以“student”筆名發(fā)表了“t分布和t檢驗法”創(chuàng)立了小樣本檢驗代替大樣本檢驗的理論和方法。 Fisher于1923年發(fā)展了顯著性檢驗及估計理論，提出了F分布和F檢驗，創(chuàng)立了正交試驗設(shè)計和方差分析。 1901年英國著名統(tǒng)計學(xué)家Pearson創(chuàng)辦了生物統(tǒng)計學(xué)雜志(Biometrika)，標(biāo)志著生物數(shù)學(xué)發(fā)展的起點。,第二節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)發(fā)展簡史,Neyman (1894-1981)和S.Pearson進(jìn)行了統(tǒng)計理論的研究工作，提出統(tǒng)計假設(shè)檢驗系統(tǒng)，標(biāo)志著統(tǒng)計學(xué)真正形成。 There are five components to an experiment： Hypothesis（假設(shè)） Experimental design（實驗設(shè)計） Experimental execution（實驗實施） Statistical analysis（數(shù)據(jù)分析） Interpretation（描述）,第二節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)發(fā)展簡史,第三節(jié) 生物統(tǒng)計的主要內(nèi)容,統(tǒng)計研究設(shè)計 統(tǒng)計描述 統(tǒng)計分析,第三節(jié) 生物統(tǒng)計的主要內(nèi)容,調(diào)查設(shè)計 指調(diào)查研究工作全過程的計劃。 試驗設(shè)計 是指試驗研究工作進(jìn)行前應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計原理，制定試驗方案，選擇試驗材料，對實驗因素作合理、有效的安排，最大限度地減少 試驗誤差，使之達(dá)到高效，快速、準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)的目的。 兩者的區(qū)別 前者:是被動地進(jìn)行觀察，希望干擾因素的影響盡可能減少； 后者:研究者能較主動地安排試驗因素，控制實驗條件，盡可能排除或抵消非試驗因素的干擾和影響。,統(tǒng)計研究設(shè)計 統(tǒng)計描述 統(tǒng)計分析,第三節(jié) 生物統(tǒng)計的主要內(nèi)容,統(tǒng)計表和統(tǒng)計圖 定量資料集中趨勢的度量 算術(shù)均數(shù)、幾何均數(shù)、調(diào)和均數(shù)、中位數(shù)、分位數(shù)和眾數(shù) 定量資料離散趨勢的度量 標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤差、變異系數(shù)、極差和四分位數(shù)間距 隨機(jī)變量及其概率分布 離散型：二項分布、波松分布 連續(xù)型：正態(tài)分布、t分布、2分布、F分布,統(tǒng)計研究設(shè)計 統(tǒng)計描述 統(tǒng)計分析,第三節(jié) 生物統(tǒng)計的主要內(nèi)容,a.假設(shè)檢驗 b.統(tǒng)計推斷 estimative statistics c.研究變量之間的關(guān)系 無自變量與因變量之分：直線相關(guān)分析、典型相關(guān)分析 研究多變量內(nèi)部的從屬關(guān)系：主成分分析、因子分析等。 多變量之間親疏關(guān)系：聚類分析 有自變量與因變量之分：直線回歸分析、曲線回歸分析、多項式回歸分析、Logistic概率模型回歸分析等 d.判別分析 根據(jù)一些明確分類的總體所提供的信息，對未知個體的歸屬進(jìn)行分類的判別分析。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,1、總體與樣本 Population and sample 1) 總體 根據(jù)研究目的確定的研究對象的全體稱為總體。構(gòu)成總體的每個成員稱為個體(individual)。含有有限個個體的總體稱為有限總體(finite population)。包含有無限多個個體的總體叫無限總體(infinite population)。 2) 樣本 總體的一部分稱為樣本。 樣本中所包含的個體數(shù)目叫樣本容量或大小(sample size)。樣本容量常記為n。通常n30的樣本叫小樣本，n30的樣本叫大樣本。 3）抽樣sampling 從總體中獲得樣本的過程。可分為放回式抽樣(sampling with replacement)和非放回式抽樣(without replacement)。隨機(jī)抽樣(random sampling)是確定樣本代表性的有效方法。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,2、特征數(shù) 表示總體和樣本的數(shù)量特征的量稱為特征數(shù)。 1) 參數(shù)Parameter ：由總體計算得來的特征數(shù)，常用希臘字母表示。用表示總體平均數(shù)，用表示總體標(biāo)準(zhǔn)差。 2) 統(tǒng)計量statistics ：由樣本計算得來的特征數(shù)， 常用拉丁字母表示統(tǒng)計量。用 表示樣本平均數(shù)，用S表示樣本標(biāo)準(zhǔn)差。 3) 總體參數(shù)由相應(yīng)的統(tǒng)計量來估計，例如用 估計，用S估計等。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,3、平均數(shù)mean 算術(shù)平均數(shù): 幾何平均數(shù): 加權(quán)平均數(shù)：,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,4、方差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)variance, standard deviation and variation coefficient 1)極差,又稱范圍range:它是樣本變量中最大值和最小值之差， 一般用R表示。 2) 方差 樣本方差： 總體方差：,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,4、方差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)variance, standard deviation and variation coefficient 3）標(biāo)準(zhǔn)差 樣本標(biāo)準(zhǔn)差: 總體標(biāo)準(zhǔn)差: 4）變異系數(shù):是樣本變量的相對變異量， 是不帶單位的純數(shù)。用變異系數(shù)可以比較不同樣本相對變異程度的大小。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,5、數(shù)據(jù)類型與頻數(shù)（率）分布 1）連續(xù)型數(shù)據(jù)和離散型數(shù)據(jù) 與某種標(biāo)準(zhǔn)做比較所得到的數(shù)據(jù)稱為連續(xù)型數(shù)據(jù)(continuous data)，又稱度量數(shù)據(jù)(measurement data); 例如，長度、時間、重量等。對連續(xù)型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的方法，通常稱為變量的方法(method of variable)。 由記錄不同類別個體的數(shù)目所得到的數(shù)據(jù)，稱為離散型數(shù)據(jù)(discrete data)，又稱為計數(shù)數(shù)據(jù)(count data)；例如種子數(shù)、株數(shù)、人頭等。對離散型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的方法，通常稱為屬性的方法(method of attribute)。,2）頻數(shù)（率）表frequency table 用頻數(shù)分布或頻率分布清楚地描述數(shù)據(jù)變化規(guī)律的表格。 3）頻數(shù)（率）圖frequency graph 用頻數(shù)分布或頻率分布清楚地描述數(shù)據(jù)變化規(guī)律的圖形。3種最常用的頻數(shù)圖為直方圖、多邊形圖和累積頻數(shù)圖。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,6、中位數(shù)和眾數(shù)median and mode 中位數(shù)：在累積頻數(shù)圖中1/2總頻數(shù)位置上的數(shù)值。 眾數(shù)：離散型數(shù)據(jù)的眾數(shù)是頻數(shù)圖中頻數(shù)最高的組值；連續(xù)型數(shù)據(jù)的眾數(shù)是頻數(shù)圖中頻數(shù)最高的中值。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,7、中心矩、原點矩、偏斜度和峭度 central monent, moment about the origin, skewness and kurtosis 中心矩： 原點矩： 偏斜度：度量數(shù)據(jù)圍繞眾數(shù)呈不對稱的程度。 計算公式： 其中：m3為三階中心矩；m2為二階中心矩。 峭度：度量曲線形狀的量。 計算公式： 其中： m4為四階中心矩。,第四節(jié) 生物統(tǒng)計的常見術(shù)語,8、隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差 1) 隨機(jī)誤差 random error 也叫抽樣誤差(sampling error)，是由于許多無法控制的內(nèi)在和外在的偶然因素所造成。統(tǒng)計學(xué)上的試驗誤差指隨機(jī)誤差。 2) 系統(tǒng)誤差 systematic error 也叫片面誤差(lopsided error) 。是由試驗對象的差異、儀器的靈敏度、藥品的用量或種類不符合試驗要求以及觀測、記錄、計算中的錯誤引起的。,第五節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)要求,第五節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)要求,一、生物統(tǒng)計學(xué)的課程特點 概念多、公式多、表格多、作業(yè)多、問題多。 學(xué)生頭痛的課程？ 老師糊涂的課程？ 學(xué)院懷疑的課程？ 對于我來說：教學(xué)壓力很大而感興趣的一門課程！,第五節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)要求,二、基本要求 1掌握正確收集試驗數(shù)據(jù)的方法以及數(shù)據(jù)資料的整理方法。 2. 掌握數(shù)據(jù)資料的基本統(tǒng)計分析方法。 3. 掌握顯著性檢驗的基本原理與常用方法，能對不同的試驗資料應(yīng)用顯著性檢驗方法進(jìn)行統(tǒng)計分析與處理。 4. 掌握相關(guān)分析與回歸分析的常用統(tǒng)計分析方法。 5. 掌握常用抽樣調(diào)查技術(shù)和方法。 6. 具備一定的科學(xué)試驗設(shè)計能力。,第五節(jié) 生物統(tǒng)計學(xué)教學(xué)要求,三、學(xué)習(xí)方法 1. 弄懂基本原理和公式、理解公式的含義和應(yīng)用條件，不必深究推導(dǎo)； 2. 認(rèn)真做作業(yè)，加深對公式及統(tǒng)計步驟的了解； 3. 培養(yǎng)科學(xué)的統(tǒng)計思維方法。生物統(tǒng)計中新的思考方法從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學(xué)試驗的結(jié)果； 4. 聯(lián)系實際，結(jié)合專業(yè)，了解統(tǒng)計