教學(xué)第二講-實(shí)驗(yàn)誤差及其控制課件

實(shí)驗(yàn)誤差及其控制

魏敏杰陳杰阮強(qiáng)王振寧單鳳平孟繁浩富偉能陳磊中國(guó)醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差及其控制

魏敏杰陳杰阮強(qiáng)反映事物總體真正的實(shí)際值稱(chēng)為真值（truevalue)，實(shí)驗(yàn)所得到的觀測(cè)值與真值之間所存在的差距稱(chēng)為誤差（error)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，從抽樣、分組，直到施加處理因素及收集數(shù)據(jù)資料，都可能受到各種各樣干擾因素的影響，因此所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)值往往不能與總體的真值完全符合，這點(diǎn)已經(jīng)被無(wú)數(shù)的科研工作所證實(shí)．

反映事物總體真正的實(shí)際值稱(chēng)為真值（truevalue)，實(shí)

實(shí)驗(yàn)誤差（experimentalerror)

實(shí)驗(yàn)所得到的觀測(cè)值與客觀存在的真值之間的差距（非主觀原因）。

系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差過(guò)失誤差實(shí)驗(yàn)誤差（experimentalerror)系統(tǒng)誤差(systematicerror)

由某種固定的原因(如方法技術(shù)、儀器和

試劑、實(shí)驗(yàn)條件、順序等）所造成的誤差。

系統(tǒng)誤差二個(gè)重要特性：

⑴單向性。偏差的方向一致（偏高或低）；

⑵可消除性。找出原因，通過(guò)合理設(shè)計(jì)或控

制原因，即可基本消除或減小至最小程度。系統(tǒng)誤差(systematicerror)

由某種固定1.方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引起的誤差。如選用的方法不當(dāng)、技術(shù)熟練程度差、操作規(guī)程錯(cuò)誤、量的概念和時(shí)間概念不強(qiáng)以及檢驗(yàn)質(zhì)量控制不嚴(yán)等。2．儀器和試劑誤差主要表現(xiàn)在設(shè)備條件方面，包括各種檢測(cè)儀器、儀表、器械、測(cè)量工具及實(shí)驗(yàn)室各種常用的物品等。凡是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用器具的不準(zhǔn)確性造成的誤差，皆屬儀器誤差．系統(tǒng)誤差的種類(lèi)1.方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引3．條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對(duì)象所處的環(huán)境條件和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件二方面。實(shí)驗(yàn)條件控制不好，如季節(jié)、時(shí)間、溫度、pH值、受試因素未標(biāo)準(zhǔn)化與固定化（如藥材的產(chǎn)地、采取的時(shí)間……）等，往往使所獲得的觀測(cè)數(shù)值不同，這種差別一般稱(chēng)為條件誤差。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)3．條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對(duì)象所處的環(huán)環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時(shí)間與空間上，為避免條件誤差的產(chǎn)生，要求實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的處理和觀察均應(yīng)在同一時(shí)間和空間內(nèi)進(jìn)行，不能一前一后，也不能兩地分置，對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的受試對(duì)象應(yīng)遵照公平對(duì)待和條件等同的原則。比如不能將實(shí)驗(yàn)組的動(dòng)物放置在陽(yáng)光充足，通風(fēng)良好，飲食、供水及時(shí)的場(chǎng)所，而對(duì)照組的動(dòng)物放在陰冷潮濕的角落，飲食和供水也不及時(shí)。環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時(shí)間與空間上，為避免條件誤差如果研究的對(duì)象是病人，應(yīng)使二組病人所處病室內(nèi)的溫度、濕度、照明、聲響、營(yíng)養(yǎng)飲食乃至醫(yī)務(wù)人員的服務(wù)態(tài)度等諸方面大致相同。如果實(shí)驗(yàn)的工作量不大時(shí)，最好能集中在同一時(shí)間內(nèi)一氣呵成，如果實(shí)驗(yàn)時(shí)間需要很長(zhǎng)，則必須控制環(huán)境條件中重要因素的恒定。實(shí)驗(yàn)條件控制的不好，就會(huì)發(fā)生處理因素與非處理因素的交叉，甚至無(wú)法判斷某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果是哪個(gè)實(shí)驗(yàn)因素造成的。如果研究的對(duì)象是病人，應(yīng)使二組病人所處病室內(nèi)的溫4．順序誤差

是一種特殊形式的條件誤差。實(shí)驗(yàn)總是有先有后按照一定的順序進(jìn)行，生物的許多機(jī)能和反應(yīng)性都有隨著時(shí)間有節(jié)律性動(dòng)搖的特性，如果將實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)順序固定，就忽略了時(shí)間變化影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的因素；另外順序誤差也體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作者的精力和體力的疲勞方面.所以最后結(jié)果中的差別，很難明確地說(shuō)明是實(shí)驗(yàn)因素的效應(yīng)還是隱藏在固定順序中的順序誤差所造成的。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)4．順序誤差系統(tǒng)誤差的種類(lèi)當(dāng)不同的組不是同時(shí)進(jìn)行，而是按一定順序先后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果時(shí)間拖得較久，即可能發(fā)生誤差。當(dāng)在同一個(gè)體按一定順序先后進(jìn)行不同處理時(shí)，如果時(shí)間相隔較短，先前的處理可能影響機(jī)體對(duì)后繼處理的反應(yīng)。防止順序誤差較好的辦法是在實(shí)驗(yàn)的順序中適當(dāng)?shù)牟捎秒S機(jī)化原則。當(dāng)不同的組不是同時(shí)進(jìn)行，而是按一定順序先后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)5.分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組過(guò)程中，由于方法上的不當(dāng)，往往會(huì)出現(xiàn)一些偏性。如驗(yàn)證某一新療法或新藥的療效時(shí)，或是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)研究者的主觀愿望時(shí)，常常自覺(jué)或不自覺(jué)地把病情較輕或是容易治愈的患者編入實(shí)驗(yàn)組，以便取得更多的陽(yáng)性數(shù)。因?yàn)檫@種意愿，首先就會(huì)在主觀意識(shí)中形成一種偏性，帶入到分組過(guò)程而形成分配誤差。

實(shí)驗(yàn)中的分配誤差基本上可以控制，最有效的方就是隨機(jī)分組。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)5.分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組6．主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時(shí)自覺(jué)或不自覺(jué)地帶有主觀片面性所造成的。研究者總是希望實(shí)驗(yàn)結(jié)果能與設(shè)計(jì)假說(shuō)符合，所以在觀察結(jié)果時(shí)可能將符合主觀愿望的結(jié)果一律保留，不符合主觀愿望的結(jié)果則尋找借口予以排除。要避免主觀誤差給研究結(jié)果或結(jié)論帶來(lái)不應(yīng)有的影響，研究者必須堅(jiān)持實(shí)事求是的科研準(zhǔn)則，是即是，非即非，否則即使一時(shí)能自圓其說(shuō)，但最終仍經(jīng)不住實(shí)踐的檢驗(yàn)。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)6．主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時(shí)自覺(jué)或不自覺(jué)地隨機(jī)誤差(randomerror)

排除系統(tǒng)誤差后隨機(jī)發(fā)生的誤差，包括偶然誤差和抽樣誤差，具有可變性和不可避免性。第二講-實(shí)驗(yàn)誤差及其控制課件1偶然誤差(accidentalerror)

是由一些暫時(shí)無(wú)法控制的微小因素所造成的誤差。偶然誤差幾乎不可避免，誤差的大小完全由偶然性來(lái)決定，例如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中微小氣候與周?chē)姶艌?chǎng)的微小變動(dòng)，儀器性能的微小變化等。隨機(jī)誤差的種類(lèi)1偶然誤差(accidentalerror)

2抽樣誤差(samplingerror)

是抽樣的樣本與總體之間總是存在著或多或少的差異?？傮w（popu1ation）是研究對(duì)象的全體；樣本（sample）是從總體中抽取的一部分個(gè)體。

在科研中幾乎都是用抽樣的研究方法來(lái)說(shuō)明被研究對(duì)象的總體。隨機(jī)誤差的種類(lèi)2抽樣誤差(samplingerror)

為了準(zhǔn)確地表示樣本內(nèi)各個(gè)觀測(cè)值的變異程度，人們首先會(huì)考慮到以平均數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，求出各個(gè)觀測(cè)值與平均數(shù)的離差，即，稱(chēng)為離均差。雖然離均差能表達(dá)一個(gè)觀測(cè)值偏離平均數(shù)的性質(zhì)和程度，但因?yàn)殡x均差有正、有負(fù)，離均差之和為零，即Σ

=0，因而不能用離均差之和Σ來(lái)表示資料中所有觀測(cè)值的總偏離程度。為了準(zhǔn)確地表示樣本內(nèi)各個(gè)觀測(cè)值的變異程度，人們首先會(huì)考慮到以先將各個(gè)離均差平方，即

，再求離均差平方和，即Σ，簡(jiǎn)稱(chēng)平方和，記為SS；由于離差平方和常隨樣本大小而改變，為了消除樣本大小的影響，用平方和除以樣本大小，即Σ，求出離均差平方和的平均數(shù)；統(tǒng)計(jì)量Σ稱(chēng)為均方（meansquare縮寫(xiě)為MS）,又稱(chēng)樣本方差，記為S2，即S2=先將各個(gè)離均差平方，即，再求離均差平方實(shí)際工作中，往往是未知的，一般可用樣本標(biāo)準(zhǔn)差s代替：因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)差sd隨樣本含量的增加而趨于穩(wěn)定，故增加樣本含量可以降低抽樣誤差。

實(shí)際工作中，往往是未知的，一般可用樣本標(biāo)準(zhǔn)差s代替：標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的意義、作用和使用范圍均不同。標(biāo)準(zhǔn)差(亦稱(chēng)單數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差)一般用sd表示,是表示個(gè)體間變異大小的指標(biāo),反映了整個(gè)樣本對(duì)樣本平均數(shù)的離散程度,是數(shù)據(jù)精密度的衡量指標(biāo);而標(biāo)準(zhǔn)誤一般用Sx表示,反映樣本平均數(shù)對(duì)總體平均數(shù)的變異程度,從而反映抽樣誤差的大小,是量度結(jié)果精密度的指標(biāo)。 隨著樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n的增大,標(biāo)準(zhǔn)差趨向某個(gè)穩(wěn)定值,即樣本標(biāo)準(zhǔn)差s越接近總體標(biāo)準(zhǔn)差σ,

標(biāo)準(zhǔn)誤則隨著樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n的增大逐漸減小,即樣本平均數(shù)越接近總體平均數(shù)μ;故在實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常采用適當(dāng)增加樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n減小s?x的方法來(lái)減小實(shí)驗(yàn)誤差,但樣本數(shù)太大意義也不大。 標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的意義、作用和使用范圍均不同。標(biāo)準(zhǔn)差是最常用的統(tǒng)計(jì)量,一般用于表示一組樣本變量的分散程度;標(biāo)準(zhǔn)誤一般用于統(tǒng)計(jì)推斷中,主要包括假設(shè)檢驗(yàn)和參數(shù)估計(jì),如樣本平均數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn)、參數(shù)的區(qū)間估計(jì)與點(diǎn)估計(jì)等。 標(biāo)準(zhǔn)差與標(biāo)準(zhǔn)誤既有明顯區(qū)別,又密切相關(guān):標(biāo)準(zhǔn)誤是標(biāo)準(zhǔn)差的1/n;二者都是衡量樣本變量(觀測(cè)值)隨機(jī)性的指標(biāo),只是從不同角度來(lái)反映誤差;二者在統(tǒng)計(jì)推斷和誤差分析中都有重要的應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)差是最常用的統(tǒng)計(jì)量,一般用于表示一組樣本變量的分散程度

在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)誤（standarderror,SE)表示抽樣誤差大小:

均數(shù)SE的計(jì)算公式：

相對(duì)數(shù)SE的計(jì)算公式：

隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)誤（standarderror,S

用SE估計(jì)總體均數(shù)（m）存在的可能范圍（95%及99%可信區(qū)間）

大樣本時(shí)：

小樣本時(shí)：

相對(duì)數(shù)查二項(xiàng)分布可信區(qū)間表。

(對(duì)應(yīng)P及自由度t值在excel中用TINV查得）

隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差

為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機(jī)抽樣”的原則．從理論上講，不斷加大樣本含量可使隨機(jī)誤差逐漸減小，但無(wú)論如何樣本都不可能百分之百地反映出總體的真值，只能努力爭(zhēng)取更好的接近它。樣本含量應(yīng)適當(dāng)增加，過(guò)多地增加會(huì)有一定困難，也不足取。隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機(jī)抽樣”的原則

過(guò)失誤差

是因工作中的差錯(cuò)所造成的誤差。

過(guò)失誤差的特點(diǎn)是：

(1)異常性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)反常變化；

（2）可避免性。

工作中馬虎大意、責(zé)任心不強(qiáng)、制度不嚴(yán)等，都能造成這種錯(cuò)誤，純粹是一種責(zé)任事故。如取錯(cuò)標(biāo)本、編錯(cuò)號(hào)碼、數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)行、刻度或指針錯(cuò)誤、試管歸位錯(cuò)誤、計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤、檢驗(yàn)結(jié)果張冠李戴等等。這些情況不僅給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，有時(shí)甚至可以打亂整個(gè)數(shù)據(jù)資料。

過(guò)失誤差

是因工作中的差錯(cuò)所造成的誤差。

過(guò)失誤差

如果錯(cuò)誤十分明顯尚能很快發(fā)覺(jué)，而一般的過(guò)失誤差往往在最后的數(shù)據(jù)分析時(shí)也難發(fā)現(xiàn)．使實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到很大的影響甚而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。過(guò)失誤差是人為的誤差，完全可以防止。這就要求實(shí)驗(yàn)人員一方面提高責(zé)任心，認(rèn)真地操作和記錄，一方面要完善各項(xiàng)工作制度和嚴(yán)格管理。

過(guò)失誤差如果錯(cuò)誤十分明顯尚能很實(shí)驗(yàn)誤差的控制

設(shè)對(duì)照組合理確定樣本數(shù)實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)增加主觀指標(biāo)的客觀性控制實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等各個(gè)階段采取相應(yīng)的措施加以控制。實(shí)驗(yàn)誤差的控制

設(shè)對(duì)照組控制實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、1設(shè)立對(duì)照，嚴(yán)格按隨機(jī)化原則抽樣和分組。

任何可能發(fā)生的條件誤差都會(huì)以同等程度影響到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，以對(duì)照組作為基礎(chǔ)來(lái)比較觀察處理效應(yīng)，就有可能抵消非處理因素的干擾。在確定對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組時(shí)要遵循隨機(jī)化原則，這樣任何可能發(fā)生的誤差就以同等的機(jī)率影響實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，從而也在對(duì)比時(shí)相互抵消。同樣順序誤差也可通過(guò)隨機(jī)化方法決定實(shí)驗(yàn)順序而加以控制。1設(shè)立對(duì)照，嚴(yán)格按隨機(jī)化原則抽樣和分組。2合理確定樣本數(shù)

樣本數(shù)越大其抽樣誤差越小，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果適用范圍越廣。但樣本數(shù)過(guò)大實(shí)踐上困難甚多，也并非絕對(duì)必要。另一方面，樣本數(shù)太小時(shí)，發(fā)生抽樣誤差和不均衡性的可能性增大。應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計(jì)原則合理確定樣本數(shù)的大小。2合理確定樣本數(shù)3實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化

所謂標(biāo)準(zhǔn)化就是要有具體的規(guī)定，明確的標(biāo)準(zhǔn)。諸如測(cè)量步驟樣本收集及預(yù)處理儀器的標(biāo)準(zhǔn)與操作方法試劑的配制和標(biāo)定結(jié)果的判斷和記錄方式等等均應(yīng)有統(tǒng)一的要求，而且所有標(biāo)準(zhǔn)一旦規(guī)定，任何實(shí)驗(yàn)者不得擅自更改。3實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化4平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的測(cè)量中，即使反復(fù)測(cè)定同一樣本中某物質(zhì)的含量，也不可能每次測(cè)定的結(jié)果都一樣，因?yàn)橛行┱`差是無(wú)法消滅的，如操作誤差（每次取樣的量不可能絕對(duì)一致），儀器誤差（受儀器精密度所決定）等。但是這一類(lèi)誤差多是非定向的，有時(shí)使測(cè)定值偏高，有時(shí)則偏低，因此單獨(dú)一次的測(cè)值可能誤差大些，但測(cè)定的次數(shù)越多這種誤差部分相互抵消使均值更接近于真值。因此主張用平行多份樣本（至少雙份）或反復(fù)多次重復(fù)測(cè)定取其均值的辦法，如血壓要測(cè)定幾次，血液生化指標(biāo)測(cè)定要作平行雙份樣本等，判讀X光片、CT片、心電圖等，應(yīng)由幾位醫(yī)生共同進(jìn)行，或是一位醫(yī)生間隔一定時(shí)間多次判讀，較為穩(wěn)妥。

4平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)

過(guò)失誤差的發(fā)生是偶然的，在平行的，特別是重復(fù)的實(shí)驗(yàn)中再度發(fā)生的機(jī)率很小，因此可通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)排除，而真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)仍應(yīng)出現(xiàn)?？梢?jiàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)不只是簡(jiǎn)單的重復(fù)，它能指導(dǎo)方向，避免錯(cuò)誤，提高質(zhì)量。在總例數(shù)同為100的情況下，每次50例，分兩次進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果一致，要比單次進(jìn)行100例實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果更為可靠。實(shí)驗(yàn)誤差的控制（平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)）過(guò)失誤差的發(fā)生是偶然的，在平行的，特別是重復(fù)5增加主觀指標(biāo)的客觀性

在臨床實(shí)驗(yàn)中，由于是以人為研究對(duì)象，心理偏因造成的誤差較為突出，為防止這種誤差，主要采用“盲實(shí)驗(yàn)”和“安慰劑”等。實(shí)驗(yàn)誤差的控制5增加主觀指標(biāo)的客觀性實(shí)驗(yàn)誤差的控制實(shí)驗(yàn)效應(yīng)測(cè)量時(shí)需要注意的幾個(gè)質(zhì)量水平指標(biāo)

（正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制，一定要達(dá)到要求的水平，以確保數(shù)據(jù)的可靠性?。?shí)驗(yàn)效應(yīng)測(cè)量時(shí)需要注意的幾個(gè)質(zhì)量水平指標(biāo)

（正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)1．特異性（specificity）

指測(cè)量特定項(xiàng)目而不受其他（特別是近似的或關(guān)聯(lián)的）項(xiàng)目干擾的能力。

如測(cè)定NE為例，一個(gè)特異性好的方法應(yīng)：當(dāng)樣本中不含NE時(shí)其測(cè)值為0；當(dāng)樣本中含有高于其最低檢出量的NE時(shí)即能測(cè)出；樣本中有近似物如腎上腺素存在時(shí)，對(duì)NE的測(cè)定無(wú)影響。1．特異性（specificity）2．靈敏度（sensitivity）

指方法所能測(cè)出的指標(biāo)的最低水平。

例如用放免法測(cè)血中生長(zhǎng)激素（GH）時(shí)，樣本中GH含量低于0.2ng時(shí)測(cè)值就與空白難以區(qū)分，因此方法的靈敏度為0.2ng。另一方面，當(dāng)GH超過(guò)6.0ng后，標(biāo)準(zhǔn)曲線變平，超過(guò)了方法的靈敏范圍。2．靈敏度（sensitivity）3．準(zhǔn)確度（accuracy）

指測(cè)定結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的符合程度。

對(duì)于一些測(cè)量?jī)x器，可用已知的標(biāo)準(zhǔn)樣本加以檢驗(yàn)和校正。儀器如不加校準(zhǔn)，將使所有測(cè)值發(fā)生同向誤差，即造成系統(tǒng)誤差。

3．準(zhǔn)確度（accuracy）4．精密度（precision）

指同一樣本多次測(cè)定時(shí)各次測(cè)值的差異程度，以多次測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差表示。

精密度是估計(jì)測(cè)定結(jié)果重現(xiàn)性（reproducibility）的指標(biāo)，和準(zhǔn)確度是兩個(gè)不同的概念，二者不一定平行。

在比較不同標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，如單位不同或均數(shù)相差大，可用變異系數(shù)（coefficientofvariance，CV）比較，即上述標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比。4．精密度（precision）第二講-實(shí)驗(yàn)誤差及其控制課件

實(shí)驗(yàn)誤差及其控制

魏敏杰陳杰阮強(qiáng)王振寧單鳳平孟繁浩富偉能陳磊中國(guó)醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差及其控制

魏敏杰陳杰阮強(qiáng)反映事物總體真正的實(shí)際值稱(chēng)為真值（truevalue)，實(shí)驗(yàn)所得到的觀測(cè)值與真值之間所存在的差距稱(chēng)為誤差（error)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，從抽樣、分組，直到施加處理因素及收集數(shù)據(jù)資料，都可能受到各種各樣干擾因素的影響，因此所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)值往往不能與總體的真值完全符合，這點(diǎn)已經(jīng)被無(wú)數(shù)的科研工作所證實(shí)．

反映事物總體真正的實(shí)際值稱(chēng)為真值（truevalue)，實(shí)

實(shí)驗(yàn)誤差（experimentalerror)

實(shí)驗(yàn)所得到的觀測(cè)值與客觀存在的真值之間的差距（非主觀原因）。

系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差過(guò)失誤差實(shí)驗(yàn)誤差（experimentalerror)系統(tǒng)誤差(systematicerror)

由某種固定的原因(如方法技術(shù)、儀器和

試劑、實(shí)驗(yàn)條件、順序等）所造成的誤差。

系統(tǒng)誤差二個(gè)重要特性：

⑴單向性。偏差的方向一致（偏高或低）；

⑵可消除性。找出原因，通過(guò)合理設(shè)計(jì)或控

制原因，即可基本消除或減小至最小程度。系統(tǒng)誤差(systematicerror)

由某種固定1.方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引起的誤差。如選用的方法不當(dāng)、技術(shù)熟練程度差、操作規(guī)程錯(cuò)誤、量的概念和時(shí)間概念不強(qiáng)以及檢驗(yàn)質(zhì)量控制不嚴(yán)等。2．儀器和試劑誤差主要表現(xiàn)在設(shè)備條件方面，包括各種檢測(cè)儀器、儀表、器械、測(cè)量工具及實(shí)驗(yàn)室各種常用的物品等。凡是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用器具的不準(zhǔn)確性造成的誤差，皆屬儀器誤差．系統(tǒng)誤差的種類(lèi)1.方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引3．條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對(duì)象所處的環(huán)境條件和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件二方面。實(shí)驗(yàn)條件控制不好，如季節(jié)、時(shí)間、溫度、pH值、受試因素未標(biāo)準(zhǔn)化與固定化（如藥材的產(chǎn)地、采取的時(shí)間……）等，往往使所獲得的觀測(cè)數(shù)值不同，這種差別一般稱(chēng)為條件誤差。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)3．條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對(duì)象所處的環(huán)環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時(shí)間與空間上，為避免條件誤差的產(chǎn)生，要求實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的處理和觀察均應(yīng)在同一時(shí)間和空間內(nèi)進(jìn)行，不能一前一后，也不能兩地分置，對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的受試對(duì)象應(yīng)遵照公平對(duì)待和條件等同的原則。比如不能將實(shí)驗(yàn)組的動(dòng)物放置在陽(yáng)光充足，通風(fēng)良好，飲食、供水及時(shí)的場(chǎng)所，而對(duì)照組的動(dòng)物放在陰冷潮濕的角落，飲食和供水也不及時(shí)。環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時(shí)間與空間上，為避免條件誤差如果研究的對(duì)象是病人，應(yīng)使二組病人所處病室內(nèi)的溫度、濕度、照明、聲響、營(yíng)養(yǎng)飲食乃至醫(yī)務(wù)人員的服務(wù)態(tài)度等諸方面大致相同。如果實(shí)驗(yàn)的工作量不大時(shí)，最好能集中在同一時(shí)間內(nèi)一氣呵成，如果實(shí)驗(yàn)時(shí)間需要很長(zhǎng)，則必須控制環(huán)境條件中重要因素的恒定。實(shí)驗(yàn)條件控制的不好，就會(huì)發(fā)生處理因素與非處理因素的交叉，甚至無(wú)法判斷某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果是哪個(gè)實(shí)驗(yàn)因素造成的。如果研究的對(duì)象是病人，應(yīng)使二組病人所處病室內(nèi)的溫4．順序誤差

是一種特殊形式的條件誤差。實(shí)驗(yàn)總是有先有后按照一定的順序進(jìn)行，生物的許多機(jī)能和反應(yīng)性都有隨著時(shí)間有節(jié)律性動(dòng)搖的特性，如果將實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)順序固定，就忽略了時(shí)間變化影響實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的因素；另外順序誤差也體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作者的精力和體力的疲勞方面.所以最后結(jié)果中的差別，很難明確地說(shuō)明是實(shí)驗(yàn)因素的效應(yīng)還是隱藏在固定順序中的順序誤差所造成的。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)4．順序誤差系統(tǒng)誤差的種類(lèi)當(dāng)不同的組不是同時(shí)進(jìn)行，而是按一定順序先后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果時(shí)間拖得較久，即可能發(fā)生誤差。當(dāng)在同一個(gè)體按一定順序先后進(jìn)行不同處理時(shí)，如果時(shí)間相隔較短，先前的處理可能影響機(jī)體對(duì)后繼處理的反應(yīng)。防止順序誤差較好的辦法是在實(shí)驗(yàn)的順序中適當(dāng)?shù)牟捎秒S機(jī)化原則。當(dāng)不同的組不是同時(shí)進(jìn)行，而是按一定順序先后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)5.分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組過(guò)程中，由于方法上的不當(dāng)，往往會(huì)出現(xiàn)一些偏性。如驗(yàn)證某一新療法或新藥的療效時(shí)，或是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)研究者的主觀愿望時(shí)，常常自覺(jué)或不自覺(jué)地把病情較輕或是容易治愈的患者編入實(shí)驗(yàn)組，以便取得更多的陽(yáng)性數(shù)。因?yàn)檫@種意愿，首先就會(huì)在主觀意識(shí)中形成一種偏性，帶入到分組過(guò)程而形成分配誤差。

實(shí)驗(yàn)中的分配誤差基本上可以控制，最有效的方就是隨機(jī)分組。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)5.分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組6．主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時(shí)自覺(jué)或不自覺(jué)地帶有主觀片面性所造成的。研究者總是希望實(shí)驗(yàn)結(jié)果能與設(shè)計(jì)假說(shuō)符合，所以在觀察結(jié)果時(shí)可能將符合主觀愿望的結(jié)果一律保留，不符合主觀愿望的結(jié)果則尋找借口予以排除。要避免主觀誤差給研究結(jié)果或結(jié)論帶來(lái)不應(yīng)有的影響，研究者必須堅(jiān)持實(shí)事求是的科研準(zhǔn)則，是即是，非即非，否則即使一時(shí)能自圓其說(shuō)，但最終仍經(jīng)不住實(shí)踐的檢驗(yàn)。系統(tǒng)誤差的種類(lèi)6．主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時(shí)自覺(jué)或不自覺(jué)地隨機(jī)誤差(randomerror)

排除系統(tǒng)誤差后隨機(jī)發(fā)生的誤差，包括偶然誤差和抽樣誤差，具有可變性和不可避免性。第二講-實(shí)驗(yàn)誤差及其控制課件1偶然誤差(accidentalerror)

是由一些暫時(shí)無(wú)法控制的微小因素所造成的誤差。偶然誤差幾乎不可避免，誤差的大小完全由偶然性來(lái)決定，例如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中微小氣候與周?chē)姶艌?chǎng)的微小變動(dòng)，儀器性能的微小變化等。隨機(jī)誤差的種類(lèi)1偶然誤差(accidentalerror)

2抽樣誤差(samplingerror)

是抽樣的樣本與總體之間總是存在著或多或少的差異?？傮w（popu1ation）是研究對(duì)象的全體；樣本（sample）是從總體中抽取的一部分個(gè)體。

在科研中幾乎都是用抽樣的研究方法來(lái)說(shuō)明被研究對(duì)象的總體。隨機(jī)誤差的種類(lèi)2抽樣誤差(samplingerror)

為了準(zhǔn)確地表示樣本內(nèi)各個(gè)觀測(cè)值的變異程度，人們首先會(huì)考慮到以平均數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，求出各個(gè)觀測(cè)值與平均數(shù)的離差，即，稱(chēng)為離均差。雖然離均差能表達(dá)一個(gè)觀測(cè)值偏離平均數(shù)的性質(zhì)和程度，但因?yàn)殡x均差有正、有負(fù)，離均差之和為零，即Σ

=0，因而不能用離均差之和Σ來(lái)表示資料中所有觀測(cè)值的總偏離程度。為了準(zhǔn)確地表示樣本內(nèi)各個(gè)觀測(cè)值的變異程度，人們首先會(huì)考慮到以先將各個(gè)離均差平方，即

，再求離均差平方和，即Σ，簡(jiǎn)稱(chēng)平方和，記為SS；由于離差平方和常隨樣本大小而改變，為了消除樣本大小的影響，用平方和除以樣本大小，即Σ，求出離均差平方和的平均數(shù)；統(tǒng)計(jì)量Σ稱(chēng)為均方（meansquare縮寫(xiě)為MS）,又稱(chēng)樣本方差，記為S2，即S2=先將各個(gè)離均差平方，即，再求離均差平方實(shí)際工作中，往往是未知的，一般可用樣本標(biāo)準(zhǔn)差s代替：因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)差sd隨樣本含量的增加而趨于穩(wěn)定，故增加樣本含量可以降低抽樣誤差。

實(shí)際工作中，往往是未知的，一般可用樣本標(biāo)準(zhǔn)差s代替：標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的意義、作用和使用范圍均不同。標(biāo)準(zhǔn)差(亦稱(chēng)單數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差)一般用sd表示,是表示個(gè)體間變異大小的指標(biāo),反映了整個(gè)樣本對(duì)樣本平均數(shù)的離散程度,是數(shù)據(jù)精密度的衡量指標(biāo);而標(biāo)準(zhǔn)誤一般用Sx表示,反映樣本平均數(shù)對(duì)總體平均數(shù)的變異程度,從而反映抽樣誤差的大小,是量度結(jié)果精密度的指標(biāo)。 隨著樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n的增大,標(biāo)準(zhǔn)差趨向某個(gè)穩(wěn)定值,即樣本標(biāo)準(zhǔn)差s越接近總體標(biāo)準(zhǔn)差σ,

標(biāo)準(zhǔn)誤則隨著樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n的增大逐漸減小,即樣本平均數(shù)越接近總體平均數(shù)μ;故在實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常采用適當(dāng)增加樣本數(shù)(或測(cè)量次數(shù))n減小s?x的方法來(lái)減小實(shí)驗(yàn)誤差,但樣本數(shù)太大意義也不大。 標(biāo)準(zhǔn)差和標(biāo)準(zhǔn)誤的意義、作用和使用范圍均不同。標(biāo)準(zhǔn)差是最常用的統(tǒng)計(jì)量,一般用于表示一組樣本變量的分散程度;標(biāo)準(zhǔn)誤一般用于統(tǒng)計(jì)推斷中,主要包括假設(shè)檢驗(yàn)和參數(shù)估計(jì),如樣本平均數(shù)的假設(shè)檢驗(yàn)、參數(shù)的區(qū)間估計(jì)與點(diǎn)估計(jì)等。 標(biāo)準(zhǔn)差與標(biāo)準(zhǔn)誤既有明顯區(qū)別,又密切相關(guān):標(biāo)準(zhǔn)誤是標(biāo)準(zhǔn)差的1/n;二者都是衡量樣本變量(觀測(cè)值)隨機(jī)性的指標(biāo),只是從不同角度來(lái)反映誤差;二者在統(tǒng)計(jì)推斷和誤差分析中都有重要的應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)差是最常用的統(tǒng)計(jì)量,一般用于表示一組樣本變量的分散程度

在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)誤（standarderror,SE)表示抽樣誤差大小:

均數(shù)SE的計(jì)算公式：

相對(duì)數(shù)SE的計(jì)算公式：

隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用標(biāo)準(zhǔn)誤（standarderror,S

用SE估計(jì)總體均數(shù)（m）存在的可能范圍（95%及99%可信區(qū)間）

大樣本時(shí)：

小樣本時(shí)：

相對(duì)數(shù)查二項(xiàng)分布可信區(qū)間表。

(對(duì)應(yīng)P及自由度t值在excel中用TINV查得）

隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差

為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機(jī)抽樣”的原則．從理論上講，不斷加大樣本含量可使隨機(jī)誤差逐漸減小，但無(wú)論如何樣本都不可能百分之百地反映出總體的真值，只能努力爭(zhēng)取更好的接近它。樣本含量應(yīng)適當(dāng)增加，過(guò)多地增加會(huì)有一定困難，也不足取。隨機(jī)誤差的種類(lèi)--抽樣誤差為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機(jī)抽樣”的原則

過(guò)失誤差

是因工作中的差錯(cuò)所造成的誤差。

過(guò)失誤差的特點(diǎn)是：

(1)異常性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)反常變化；

（2）可避免性。

工作中馬虎大意、責(zé)任心不強(qiáng)、制度不嚴(yán)等，都能造成這種錯(cuò)誤，純粹是一種責(zé)任事故。如取錯(cuò)標(biāo)本、編錯(cuò)號(hào)碼、數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)行、刻度或指針錯(cuò)誤、試管歸位錯(cuò)誤、計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤、檢驗(yàn)結(jié)果張冠李戴等等。這些情況不僅給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，有時(shí)甚至可以打亂整個(gè)數(shù)據(jù)資料。

過(guò)失誤差

是因工作中的差錯(cuò)所造成的誤差。

過(guò)失誤差

如果錯(cuò)誤十分明顯尚能很快發(fā)覺(jué)，而一般的過(guò)失誤差往往在最后的數(shù)據(jù)分析時(shí)也難發(fā)現(xiàn)．使實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到很大的影響甚而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。過(guò)失誤差是人為的誤差，完全可以防止。這就要求實(shí)驗(yàn)人員一方面提高責(zé)任心，認(rèn)真地操作和記錄，一方面要完善各項(xiàng)工作制度和嚴(yán)格管理。

過(guò)失誤差如果錯(cuò)誤十分明顯尚能很實(shí)驗(yàn)誤差的控制

設(shè)對(duì)照組合理確定樣本數(shù)實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)增加主觀指標(biāo)的客觀性控制實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等各個(gè)階段采取相應(yīng)的措施加以控制。實(shí)驗(yàn)誤差的控制

設(shè)對(duì)照組控制實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、1設(shè)立對(duì)照，嚴(yán)格按隨機(jī)化原則抽樣和分組。

任何可能發(fā)生的條件誤差都會(huì)以同等程度影響到實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，以對(duì)照組作為基礎(chǔ)來(lái)比較觀察處理效應(yīng)，就有可能抵消非處理因素的干擾。在確定對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組時(shí)要遵循隨機(jī)化原則，這樣任何可能發(fā)生的誤差就以同等的機(jī)率影響實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，從而也在對(duì)比時(shí)相互抵消。同樣順序誤差也可通過(guò)隨機(jī)化方法決定實(shí)驗(yàn)順序而加以控制。1設(shè)立對(duì)照，嚴(yán)格按隨機(jī)化原則抽樣和分組。2合理確定樣本數(shù)

樣本數(shù)越大其抽樣誤差越小，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果適用范圍越廣。但樣本數(shù)過(guò)大實(shí)踐上困難甚多，也并非絕對(duì)必要。另一方面，樣本數(shù)太小時(shí)，發(fā)生抽樣誤差和不均衡性的可能性增大。應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計(jì)原則合理確定樣本數(shù)的大小。2合理確定樣本數(shù)3實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化

所謂標(biāo)準(zhǔn)化就是要有具體的規(guī)定，明確的標(biāo)準(zhǔn)。諸如測(cè)量步驟樣本收集及預(yù)處理儀器的標(biāo)準(zhǔn)與操作方法試劑的配制和標(biāo)定結(jié)果的判斷和記錄方式等等均應(yīng)有統(tǒng)一的要求，而且所有標(biāo)準(zhǔn)一旦規(guī)定，任何實(shí)驗(yàn)者不得擅自更改。3實(shí)驗(yàn)方法要標(biāo)準(zhǔn)化4平行或重復(fù)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的測(cè)量中，即使反復(fù)測(cè)定同一樣本中某物質(zhì)的含量，也不可能每次測(cè)定的結(jié)果都一樣，因?yàn)橛行┱`差是無(wú)法消滅的，如操作誤差（