《实验设计基本方法》ppt课件

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1、第七讲实验设计基本方法《试验设计与数据处理》研究生课程教学绪言本将进一步明确课程的性质：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、最有效的几种优化试验设计方法的基本原理及其应用。绪言什么叫做（优化）试验设计方法？把数学上优化理论、技术应用于试验设计中，科学的安排试验、处理试验结果的方法。采用科学的方法去安排试验，处理试验结果，以最少的人力和物力消费，在最短的时间内取得更多、更好的生产和科研成果的最有效的技术方法。绪言优化试验设计方法起源■上世纪30年代，由于农业试

2、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.Kempthome,W.G.Cochran,D.R.Cox和G.E.P.Box对试验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。绪言我国优化试验

3、设计方法■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。绪言优化试验设计在科学研究中的地位与意义：1.试验设计方法是一项通用技术，是当代科技

4、和工程技术人员必须掌握的技术方法。2.科学地安排实验，以最少的人力和物力消费，在最短的时间内取得更多、更好的生产和科研成果。简称为：多、快、好、省。可应用于：提高试验效率、优化产品设计、改进工艺技术、强化质量管理。绪言试验设计在工业生产和工程设计及科学研究中能发挥重要的作用，例如：■提高产量■减少质量的波动，提高产品质量水准■大大缩短新产品试验周期■降低成本■延长产品寿命除用于在科学研究的实验项目中，还用在化工、电子、材料、建工、建材、石油、冶金、机械、交通、电力……一、实验设计的3个要素实验因素、实验单位、实验效应是实验设计的3个

5、要素。它们在实验中是不可缺少的，在实验设计时必须认真予以考虑。所有影响实验结果的条件都称为影响因素，并有客观与主观，主要与次要因素之分。研究者希望通过研究设计进行有计划的安排，从而能够科学地考察其作用大小的因素称为实验因素（如药物的种类、剂量、浓度、作用时间等）；对评价实验因素作用大小有一定干扰性且研究者并不想考察的因素称为区组因素或称重要的非实验因素（如动物的窝别、体重等）；其他未加控制的许多因素的综合作用统称为实验误差。最好通过一些预实验，初步筛选实验因素并确定取哪些水平较合适，以免实验设计过于复杂，实验难以完成。实验因素所作用

6、的对象称为实验单位。如用小鼠做实验，小鼠就是本次实验的实验单位，或称为受试对象；若用小鼠肝细胞做实验，其表现形式叫样品（有时一个样品由若干只鼠的肝细胞混合而成）。一个样品就是一个实验单位。不同性质的实验研究需要选取不同种类的实验单位，一个完整的实验设计中所需实验单位的总数称为样本含量。最好根据特定的设计类型估计出较合适的样本含量。样本过大或过小都有弊端。实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。一般是通过某些观测指标数值的大小来体现。指标应具有特异性强、灵敏度高、准确可靠等特点。研究者应当对欲研究的问题有较为全面的了

7、解，在实验设计中千万不要遗漏了某些重要的实验因素和观测指标，以免实验研究的结果对事先提出的问题给出错误的回答。二、实验设计的基本内容（一）拟定相互比较的处理所谓处理，指的是在实验研究中欲施加给受试对象的某些因素。如营养实验的各种饲料，治疗某病的几种疗法或药物，药理研究中某药的各种剂量等。在实验的全过程中，处理因素要始终如一保持不变，按一个标准进行实验。如果实验的处理因素是药物，那么药物的成份、含量、出厂批号等必须保持不变。如果实验的处理因素是实验操作措施，那么就不能开始时不熟练，而应该在实验之前使熟练程度稳定一致。（二）确定实验对象

8、及数量这里指的是实验所用的动物或活体组织标本等。在实验设计中，要根据实验观察的目的与内容，明确规定采用什么样的实验对象，实验对象中的每个实验单位必须具备的条件与要求，以保证受试对象的一致性。实验对象需要有一定的数量，例数不能太少，也不