实验设计与数据分析-1绪论

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1、实验设计与数据分析ExperimentalDesignandDataAnalysis城环学院硕士课程1授课人：阳春1授课内容•实验设计基本介绍•误差和数据处理•有限数据统计处理•离群值检验•假设检验•方差分析2授课内容•相关和回归分析•随机化区组、拉丁方和相关设计•析因实验设计•正交实验设计•响应曲面法•实例分析3参考书目•田胜元，萧曰嵘.实验设计与数据处理[M].北京：中国建筑工业出版社.2000•刘振学，黄仁和，田爱民.实验设计与数据处理[M].北京：化学工业出版社教材出版中心.2005.•MontgomeryDC.DesignandAn

2、alysisofExperiments[M].US:JohnWiley&.Sons,Inc.2005(EnglishVer.)•MontgomeryDC.实验设计与分析(第6版)[M].北京：人民邮电出版社，2009（中文版）4实验设计基本介绍IntroductionofDoE5自然科学研究的方法自然科学理论科学实验科学抽样调查科学试验•调查研究(Investigation)：研究者只是“被动”地观察客观实际情况，不对研究对象施加任何干预措施----调查设计•实验研究(Experimentation)：研究者给研究对象人为地施加干预因素，然后

3、观察这种干预因素产生的效应----实验设计6试验？实验？•试验(test,trial)：为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活动。•实验(experiment/experimentation)：为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。是科学拟定的试验，是为了简明某一现象而创造特定的条件，以便观察变化和结果的过程。•实验设计是一门关于如果利用统计学基本知识对实验进行有效率和科学地设计和数据汇报的课程。7实验设计直接影响着实验结果的准确性、可靠性、严密性和代表性，是实验数据的前提，决定着科学研究的成败。包括专业设计和统计设计。

4、ò专业设计：专业知识的把握能力，直接影响着实验的深度和水平。ò统计设计：统计知识的正确应用，直接影响着科学实验的质量。对实验进行系统的安排，要做到以最少的人力和物力来获得可靠的结论与信息。8实验设计应用于工程实验•减少新产品和工艺的设计时间•提高现有工艺的运行水平•提高现有产品的可靠性•实现产品和工艺的稳健性•对新材料的评价等9实验设计的历史发展•18世纪中叶，JamesLind为治疗坏血病而进行了一系列分组可控实验，被认为是最早的实验设计；•19世纪，CharlesS.Pierce开始提出和实施基于统计原理的随机化实验，并且首次开始采用提出

5、回归模型；•20世纪初，RonaldA.Fisher出版了著作TheDesignofExperiment，书中提出了现代实验设计的基本原理，将析因设计和方差分析应用于农业科学。10TaguchiGenichi•1951–late1970s，Box&Wilson提出了响应曲面法(responsesurface)，应用于化学和加工工业。•late1970s–1990，田口法(Taguchi)和系统稳健设计(robustdesign)，在许多公司应用于质量提高控制。•1990至今，现代实验设计时期，各种新的理论层出不穷。11实验设计的基本原则•随机

6、化(Randomization)–以随机顺序开展实验–是使用统计方法的基石–随机化可以保证观测值(或误差)是独立分布的随机变量；–抵消潜在因素(lurkingfactors)效应–保证非处理因素均衡一致12实验设计的基本原则•重复(Replication)–每个因子水平组合的独立重复–可以得到一个实验误差估计，该估计是确定数据之间的观测差是否具有统计意义的基本度量单位–可以使样本均值更接近真值–反映实验间与实验内的变异–与重复测量相区别13实验设计的基本原则•区组化(Blocking)–用以处理讨厌因素(nuisancefactors)–可控

7、因子controllable:区组化解决原材料的不同批次、某一天的不同时间等–不可控因子uncontrollable：协方差分析(可测量时)如环境的相对湿度、温度等；–噪声因子noisefactors:稳健性设计通过可控因子的设置来降低噪声因子14实验设计基本策略•最佳猜测实验(best-guess,B-G)–使用较多；–缺点明显，但是比预想效果好，经验要求高；•一次一因素实验One-factor-at-a-time(OFAT)–可结合科学和工程方法–效率较低、不能解决交互作用•统计设计实验(statisticallydesigned)–基于

8、Fisher的析因(factorial)概念15•析因实验(factorialexperiments):—mK:m(水平数)，K(因素数)—考查各因素各水平的全组合