生物統(tǒng)計(jì)學(xué)9教學(xué)文稿

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)9田間試驗(yàn)溫室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)皿內(nèi)試驗(yàn)人工氣候室內(nèi)試驗(yàn)試驗(yàn)是在人為控制條件下有目的地進(jìn)行的一種實(shí)踐活動。第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理對比設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)常用試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其統(tǒng)計(jì)分析第四節(jié)第五節(jié)裂區(qū)設(shè)計(jì)正交設(shè)計(jì)第一節(jié)：試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義二、生物學(xué)試驗(yàn)的基本要求三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑試驗(yàn)設(shè)計(jì)(experimentaldesign)五、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理一試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義(一）概念課題的名稱試驗(yàn)?zāi)康难芯恳罁?jù)、內(nèi)容試驗(yàn)方案試驗(yàn)單位的選取試驗(yàn)記錄項(xiàng)目和要求試驗(yàn)結(jié)果的分析方法經(jīng)濟(jì)或社會效益分析已備條件尚缺少的條件參加研究人員試驗(yàn)時間、地點(diǎn)成果形式學(xué)術(shù)論文撰寫試驗(yàn)單位的重復(fù)數(shù)進(jìn)度安排、經(jīng)費(fèi)預(yù)算研究的預(yù)期效果試驗(yàn)單位的分組試驗(yàn)單位的選取試驗(yàn)單位的重復(fù)數(shù)試驗(yàn)單位的分組廣義狹義一試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義(二）目的避免系統(tǒng)誤差，控制、降低試驗(yàn)誤差，無偏估計(jì)處理效應(yīng)，從而對樣本所在總體作出可靠、正確的推斷。一試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義(三）任務(wù)在研究工作進(jìn)行之前，根據(jù)研究項(xiàng)目的需要，應(yīng)用數(shù)理原理，作出周密安排，力求用較少的人力、物力和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料，通過分析得出正確的結(jié)論，明確回答研究項(xiàng)目所提出的問題。如果設(shè)計(jì)不合理，不僅達(dá)不到試驗(yàn)的目的，甚至導(dǎo)致整個試驗(yàn)的失敗。能否合理地進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，關(guān)系到科研工作的成敗。一試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義(四）意義節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時間減少試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)的精確度，取得真實(shí)的試驗(yàn)資料，為統(tǒng)計(jì)分析得出正確的判斷和結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。12試驗(yàn)?zāi)康拿鞔_試驗(yàn)條件要有代表性試驗(yàn)結(jié)果可靠試驗(yàn)結(jié)果可重演二生物學(xué)試驗(yàn)的基本要求準(zhǔn)確度精確度試驗(yàn)中同一性狀的重復(fù)觀測值彼此接近的程度，即試驗(yàn)誤差的大小。試驗(yàn)中某一性狀的觀測值與其相應(yīng)真值的接近程度，不易確定。試驗(yàn)結(jié)果可靠●●●●●既準(zhǔn)確又精確●●●●●準(zhǔn)確而不精確●●●●●既不準(zhǔn)確又不精確●●●●●精確而不準(zhǔn)確嚴(yán)格要求試驗(yàn)的正確執(zhí)行和試驗(yàn)條件的代表性；注意試驗(yàn)的環(huán)節(jié)，全面掌握試驗(yàn)的條件，詳實(shí)的試驗(yàn)記載考慮季節(jié)變異的特點(diǎn)，克服年份、地點(diǎn)環(huán)境條件的差異在相同的條件下，再進(jìn)行試驗(yàn)或?qū)嵺`，應(yīng)能重復(fù)獲得與原試驗(yàn)結(jié)果相類似的結(jié)果。123試驗(yàn)結(jié)果重演重演性三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素基本要素處理因素受試對象處理效應(yīng)處理（因素）概念對受試對象給予的某種外部干預(yù)（或措施）特點(diǎn)人為設(shè)置單因素處理多因素處理三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素受試對象處理因素的客體，即根據(jù)研究目的而確定的觀測總體。必須對其具體條件做出嚴(yán)格規(guī)定，保證其同質(zhì)性。三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素處理效應(yīng)處理因素作用于受試對象的反應(yīng)誤差效應(yīng)試驗(yàn)效應(yīng)？研究結(jié)果的最終體現(xiàn)12三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素

試驗(yàn)誤差的概念來源控制途徑表示方法四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑（一）概念處理的真實(shí)效應(yīng)不能完全一致的其他因素的偶然影響四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑處理效應(yīng)誤差效應(yīng)試驗(yàn)效應(yīng)觀測值使觀測值偏離試驗(yàn)處理真值的偶然影響稱為試驗(yàn)誤差或誤差(error)。（一）概念四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑（試驗(yàn)）誤差影響試驗(yàn)的精確度和準(zhǔn)確度。試驗(yàn)誤差是衡量試驗(yàn)精確度的依據(jù)，誤差小表示精確度高，誤差差，則比較的可靠性較差，而要使處理間的差異達(dá)到指定的顯著水平就很困難。系統(tǒng)誤差（片面誤差）：由于試驗(yàn)處理以外的其他條件明顯不一致所產(chǎn)生的帶有傾向性的或定向性的偏差。隨機(jī)誤差（偶然誤差）：由于試驗(yàn)中許多無法控制的偶然因素所造成的試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間產(chǎn)生的誤差。人為誤差四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑試驗(yàn)誤差可以避免不可避免試驗(yàn)材料固有的差異試驗(yàn)條件不一致操作技術(shù)不一致偶然性因素的影響（二）試驗(yàn)誤差的來源四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑絕對誤差觀測值與真值之差相對誤差絕對誤差與真值之比平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（三）試驗(yàn)誤差的表示四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑保證實(shí)驗(yàn)材料的均一性及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定性改進(jìn)操作管理制度，使之標(biāo)準(zhǔn)化消除系統(tǒng)誤差精心選擇試驗(yàn)單位采用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)（四）試驗(yàn)誤差的控制四、試驗(yàn)誤差及其控制途徑重復(fù)估計(jì)試驗(yàn)誤差五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理重復(fù)：試驗(yàn)中同一處理實(shí)施在兩個或兩個以上的試驗(yàn)單位上。如果同一處理只實(shí)施在一個試驗(yàn)單位上，那么只能得到一個觀測值，則無從看出差異，因而無法估計(jì)試驗(yàn)誤差的大小。只有當(dāng)同一處理實(shí)施在兩個或兩個以上的試驗(yàn)單位上，獲得兩個或兩個以上的觀測值時，才能估計(jì)出試驗(yàn)誤差。重復(fù)降低試驗(yàn)誤差五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理平均數(shù)抽樣誤差的大小與重復(fù)次數(shù)n的平方根成反比，所以n增加，可以降低試驗(yàn)誤差。但在實(shí)際應(yīng)用時，重復(fù)數(shù)太多，試驗(yàn)材料的初始條件不易控制，也不一定能降低誤差。重復(fù)數(shù)的多少可根據(jù)試驗(yàn)的要求和條件而定。隨機(jī)無偏的估計(jì)試驗(yàn)誤差五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理隨機(jī)化是指在對試驗(yàn)材料分組時必須使用隨機(jī)的方法，使供試材料進(jìn)入各試驗(yàn)組的機(jī)會是相等，以避免試驗(yàn)材料分組時試驗(yàn)人員主觀傾向的影響。這是在試驗(yàn)中排除非試驗(yàn)因素干擾的重要手段，目的是為了獲得無偏的誤差估計(jì)量。局部控制五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理局部控制是指在試驗(yàn)時采取一定的技術(shù)措施或方法來控制或降低非試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。在試驗(yàn)中，當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境或試驗(yàn)單位差異較大時，僅根據(jù)重復(fù)和隨機(jī)化兩原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能將試驗(yàn)環(huán)境或試驗(yàn)誤差所引起的變異從試驗(yàn)誤差中分離出來，因而誤差較大，試驗(yàn)的精確性與檢驗(yàn)的靈敏度降低。局部控制降低試驗(yàn)誤差五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理在試驗(yàn)環(huán)境或試驗(yàn)單位差異較大的情況下，根據(jù)局部控制原則，可將整個試驗(yàn)環(huán)境或試驗(yàn)單位分成若干小環(huán)境或小組，稱為單位組（或區(qū)組）。因?yàn)閱挝唤M之間的差異可在方差分析時從試驗(yàn)誤差中分離出來，所以局部控制原則能較好地降低試驗(yàn)誤差。五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理重復(fù)、隨機(jī)、局部控制三個基本原則是試驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須遵循的原則，再采用相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析方法，就能最大程度地降低并無偏估計(jì)試驗(yàn)誤差，無偏估計(jì)處理效應(yīng)，從而對于各處理間的比較作出可靠的結(jié)論。隨機(jī)重復(fù)局部控制無偏估計(jì)誤差降低誤差五試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理估計(jì)誤差統(tǒng)計(jì)推斷提高精確性三原則作用第二節(jié)：對比設(shè)計(jì)對比法：一種最簡單的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法適用于單因素試驗(yàn)。簡單對比設(shè)計(jì)鄰比設(shè)計(jì)只有一個CK每一個處理相鄰都有一個CK第二節(jié)：對比設(shè)計(jì)6個品系的水稻產(chǎn)量比較實(shí)驗(yàn)，設(shè)置一個對照品種1CK2CK345CK63CK4CK561CK25CK6CK123CK4每重復(fù)的第一個小區(qū)安排為處理區(qū)，第二個小區(qū)安排為CK，以后每隔兩個處理區(qū)安排一個對照區(qū)，同時必須使每一重復(fù)的最后一個處理區(qū)的一側(cè)有CK。在同一重復(fù)內(nèi)各小區(qū)順序排列，但重復(fù)時，使相同小區(qū)不要排在一條直線上，可采用階梯式排列。單因素實(shí)驗(yàn)常用于少數(shù)處理試驗(yàn)及示范性試驗(yàn)，其試驗(yàn)單元排列特點(diǎn)是處理單元直接排列在對照區(qū)旁邊，使每一小區(qū)可與其鄰旁的對照區(qū)直接比較。第二節(jié)：對比設(shè)計(jì)動物試驗(yàn)中稱為配對試驗(yàn)設(shè)計(jì)。把窩別、性別相同、年齡、體重相近的兩個動物配成一對，然后用隨機(jī)的方法將每對的兩頭動物分別安排到兩組中。動物試驗(yàn)中稱為配對試驗(yàn)設(shè)計(jì)。同一對動物之間差異要盡量小些，不同對之間的動物可以有差異。也可進(jìn)行同一只動物前后兩次進(jìn)行不同的處理，對處理前后的結(jié)果進(jìn)行比較。第二節(jié)：對比設(shè)計(jì)對比法試驗(yàn)，由于為順序排列，不能正確估計(jì)出無偏的試驗(yàn)誤差，因而試驗(yàn)結(jié)果不能采用方差分析的方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。一般采用百分比法。某處理總和數(shù)對鄰近CK的％＝鄰近CK總和數(shù)第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)是根據(jù)局部控制和隨機(jī)原理進(jìn)行的，將試驗(yàn)單位按性質(zhì)不同分成與重復(fù)數(shù)一樣多的組，使區(qū)組內(nèi)環(huán)境差異最小而區(qū)組間環(huán)境差異最大，每個區(qū)組均包括各處理的一個小區(qū)。區(qū)組內(nèi)各處理隨機(jī)排列，各區(qū)組獨(dú)立隨機(jī)排列。819745623562739184247683951IIIIII肥力高肥力低第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)819745623562739184肥力高肥力低247683951IIIIII區(qū)組重復(fù)隨機(jī)隨機(jī)數(shù)字法第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)隨機(jī)隨機(jī)數(shù)字法設(shè)有8個處理，我們得到隨機(jī)數(shù)字，去掉0，9及重復(fù)數(shù)字，連續(xù)取得8個隨機(jī)數(shù)字，即為一個區(qū)組內(nèi)的排列。9,3,9,4,4,6,0,2,8,4,6,5,9,8,4,4,1,4,9,2,2,4,8,79,3,9,4,4,6,0,2,8,4,6,5,9,8,4,4,1,4,9,2,2,4,8,7第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)(1)設(shè)計(jì)簡單，容易掌握(2)富于彈性，單因素、多因素及綜合性的試驗(yàn)均可用(3)能提供無偏的誤差估計(jì)(4)對試驗(yàn)區(qū)的形狀要求不嚴(yán)第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)總平方和自由度區(qū)組處理誤差A(yù)因素B因素互作第三節(jié)：隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)處理數(shù)不能太多，一般10個左右。處理數(shù)太多，區(qū)組必然增大，局部控制的效率降低。處理數(shù)或處理組合數(shù)不能太少，如果較少，誤差項(xiàng)的自由度也會太小，會降低假設(shè)檢驗(yàn)的靈敏度。第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)

A1A2A3AaB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…Bb

A1A2A3AaB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…Bb裂區(qū)設(shè)計(jì)是先將每一區(qū)按第一因素的處理數(shù)劃分為小區(qū)，稱為主區(qū)（整區(qū)），在主區(qū)里隨機(jī)安排主處理。在主區(qū)內(nèi)引進(jìn)第二個因素的各個處理（副處理），就是主處理的小區(qū)內(nèi)分設(shè)與副處理相等的更小的小區(qū)，稱為副區(qū)（裂區(qū)），在副區(qū)里隨機(jī)排列副處理。第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)主處理分設(shè)在主區(qū)，副處理分設(shè)于主區(qū)內(nèi)的副區(qū)，副區(qū)之間比主區(qū)之間的試驗(yàn)空間更為接近。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時，可分別估算主區(qū)與副區(qū)的試驗(yàn)誤差，而副區(qū)的試驗(yàn)誤差小于前者，即副區(qū)的比較比主區(qū)的比較更為精確。需要考慮第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)在一個因素的各處理比另一個因素的各處理需要更大區(qū)域時需要較大區(qū)域的因素作為主處理，設(shè)在主區(qū)需要較小區(qū)域的因素作為副處理，設(shè)在副區(qū)應(yīng)用試驗(yàn)中某一因素的主效比另一因素的主效更為重要，而且要求的精度較高將要求精度較高的因素作為副處理，另一因素作為主處理。第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用根據(jù)以往的研究，知道某些因素的效應(yīng)比另一些因素的效應(yīng)更大時也適于采用裂區(qū)設(shè)計(jì)將可能表現(xiàn)較大差異的因素作為主處理第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)需要臨時改動再加入一個試驗(yàn)因素可在原設(shè)計(jì)中的小區(qū)（主區(qū)）中再劃分小區(qū)（副區(qū)），增加一個試驗(yàn)因素，就成了裂區(qū)設(shè)計(jì)。第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用第四節(jié)：裂區(qū)設(shè)計(jì)

A1A2A3AaB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…Bb

A1A2A3AaB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…BbB1B2B3…BbA因素a個水平B因素b個水平r個區(qū)組rab觀測值主區(qū)部分副區(qū)部分區(qū)組A誤差a總變異BA×B誤差b總變異r-1a-1(r-1)(a-1)ra-1b-1(a-1)(b-1)a(r-1)(b-1)rab-1變異來源自由度對于單因素或兩因素試驗(yàn)，因其因素少，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與分析都比較簡單。在實(shí)際工作中，常需要同時考察3個或3個以上的試驗(yàn)因素，若進(jìn)行全面試驗(yàn)，則試驗(yàn)的規(guī)模很大，往往因試驗(yàn)條件的限制而難以實(shí)施。3因素3水平33＝274因素4水平44＝256正交設(shè)計(jì)正交設(shè)計(jì)就是安排多因素試驗(yàn)、尋求最優(yōu)水平組合的一種高效率試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。在試驗(yàn)的全部處理組合中，僅挑選部分有代表性的水平組合（最優(yōu)組合）進(jìn)行試驗(yàn)。通過部分實(shí)施了解全面試驗(yàn)情況，從中找出較優(yōu)的處理組合。特點(diǎn)第五節(jié)：正交設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)的基本特點(diǎn)：用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，通過對部分試驗(yàn)結(jié)果的分析，了解全面試驗(yàn)的情況。正交試驗(yàn)是用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)，它不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉Ω饕蛩匦?yīng)、交互作用一一分析;當(dāng)交互作用存在時，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交設(shè)計(jì)有上述不足，但它能通過部分試驗(yàn)找到最優(yōu)水平組合，因而適應(yīng)范圍較廣。3因素3水平33＝27影響某種植物生長有3個因素A因素：營養(yǎng)配方，A1、A2、A3B因素：光照，B1、B2、B3C因素：溫度，C1、C2、C3第五節(jié)：正交設(shè)計(jì)全面試驗(yàn)可選出最優(yōu)水平組合分析各因素的效應(yīng)和交互作用若試驗(yàn)的目的主要是尋求最優(yōu)水平組合，則可利用正交設(shè)計(jì)來安排試驗(yàn)。在試驗(yàn)安排中，每個因素在研究的范圍內(nèi)選幾個水平，如同在選優(yōu)區(qū)內(nèi)打上網(wǎng)格，如果網(wǎng)上的每個點(diǎn)都做試驗(yàn)，就是全面試驗(yàn)。A2A3A1B1C1B3B2C2C327個第五節(jié)：正交設(shè)計(jì)A1B1C1A1B2C2A1B3C3A2B1C2A2B2C3A2B3C1A3B1C3A3B2C1A3B3C29個組合A2A3A1B1C1B3B2C2C3一正交表及特點(diǎn)正交表因素的水平數(shù)最多可安排的因素（互作）數(shù)試驗(yàn)次數(shù)（水平組合數(shù)）ABCD1234111112122231333421235223162312731328321393321此表共有4列，可以安排4個因素;每一列有1、2、3三種數(shù)字，代表各因素的不同水平;表中有9行，代表9個不同處理組合。ABCD1234111112122231333421235223162312731328321393321每一列中，不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相等。任三列中，將同一橫行的兩個數(shù)字看成有序數(shù)對時，每一數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)相等。性質(zhì)均衡分散整齊可比各試驗(yàn)因素的水平值出現(xiàn)次數(shù)相等。雖然組合不同，但因素水平是相同的，所以具有可比性。ABCD12341111121222313334212352231623127313