试验设计绪论(2012.4)

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1、试验设计的方法与数据处理东北农业大学信息与计算科学系1绪言课程的性质：试验设计方法是一项通用技术，是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。课程的任务：让学生熟悉并掌握近代最常用、最有效的几种试验设计方法的基本原理及其应用。绪言试验设计方法起源和发展■上世纪30年代，由于农业试验的需要，费歇(R.A.Fisher)在试验设计和统计分析方面做出了一系列先驱工作，从此试验设计成为统计科学的一个分支。■上世纪40年代，在二次世界大战期间，美国军方大量应用试验设计方法。■随后，F.Yates,R.C.Bose,O.Kempthoe,W.G.Cochran,D.R.Cox和G.E.P.Box对试验

2、设计都作出了杰出的贡献，使该分支在理论上日趋完善，在应用上日趋广泛。■50年代，日本统计学家田口玄一将试验设计中应用最广的正交设计表格化，在方法解说方面深入浅出为试验设计的更广泛使用作出了众所周知的贡献。我国试验设计方法发展■60末期代，华罗庚教授在我国倡导与普及的“优选法”，如黄金分割法、分数法和斐波那契数列法等。■数理统计学者在工业部门中普及“正交设计”法。■70年代中期，优选法在全国各行各业取得明显成效。■1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了一个五因素的试验，希望每个因素的水平数要多于10，而试验总数又不超过50，显然优选法和正交设计都不能用，随后，方开泰教授（中国科学院应用

3、数学研究所）和王元院士提出“均匀设计”法，这一方法在导弹设计中取得了成效。试验设计的定义和意义：具体实施研究之前，对各种实验要素进行合理的安排与周密的计划,使试验数据满足统计方法的要求。用较少的人力、物力和时间，获得较为可靠的结果，使误差减少到最低限度，以达到研究高效。试验设计的内容：一是：对试验或调查进行周密而审慎的设计、实施而得到数据（满足统计方法的要求）二是：对数据进行数理统计分析，得到客观而合宜的结论。试验设计的应用作用：提高产量；减少质量的波动，提高产品质量水准；缩短新产品试验周期；降低成本；延长产品寿命范围：农业、工业、食品、化工、材料、冶金、科学研究……等等方面。试验设计的基

4、本概念（1）试验指标（experimentalindex）在试验设计中，根据试验的目的而选定的用来衡量试验结果好坏或处理效应高低的质量指标称为试验指标。由于试验目的不同，选择的试验指标亦不相同。试验指标可分为定量指标和定性指标两类。能用数量表示的指标称为定量指标或数量指标。不能用数量表示的指标称为定性指标。食品的感官指标多为定性指标。单指标试验和多指标试验（2）试验因素（experimentalfactor）试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素，都称为因素或因子。试验中所研究的影响试验指标的因素叫试验因素。试验因素常用大写字母A、B、C、…等表示。把除试验因素以外的其它所有对试验指

5、标有影响的因素统称为条件因素，又称试验条件(expermentalconditions)。例如：研究研究增稠剂用量、pH值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响时，增稠剂用量、pH值和杀菌温度即为试验因素。当试验中考察的因素只有一个时，称为单因素试验；若同时研究两个或两个以上的因素对试验指标的影响时，则称为双因素或多因素试验。（3）因素水平（leveloffactor）试验因素所处的各种状态或数量等级称为因素水平，简称水平。在试验设计中，1个因素选几个水平，就称该因素为几水平因素。例如：微生物的培养温度A（℃）设计30，40，50三个级别，培养温度为3水平因素；培养时间B（min）设置20，40，6

6、0，80四个水平，培养时间为4水平因素。例如：比较3个品种奶牛产奶量的高低，这3个品种就是奶牛品种这个试验因素的3个水平。（4）试验处理（treatment）事先设计好的实施在试验单元上的具体措施叫试验处理，简称处理。单因素试验时，试验因素的一个水平就是1个处理。多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干个水平组合（处理），每个水平组合就是1个处理。处理的多少等于参试各因素水平的乘积。如3因素3水平试验共有3×3×3=27个处理。（5）试验单位（元）(experimentunit)试验单位是指接受一种处理并作实验观察的基本单位，是处理因素作用的客体，实质上实验单位所代表的就是根据研究目

7、的而确定的研究目标之总体。一般情况下一个试验单位即为一个受试对象。在选择受试对象时，应满足两个基本条件：①对处理因素敏感；②反应必须稳定。例如：在畜禽、水产试验中，一只家禽、一头家畜；或几只家禽、几头家畜、即一组动物都可作为试验单位。1个苹果、1听罐头、几袋面粉等。试验单位往往也是观测数据的单位。（6）重复（repetition）在试验中，将一个处理实施在两个或两个以上的试验单位上，称为重复；1处理实施的试验单位数称为处