spss100在實驗數(shù)據(jù)分析中的應用

spss100在實驗數(shù)據(jù)分析中的應用

1dows軟件的應用spss（statisticgensver）是目前世界上最優(yōu)秀的統(tǒng)計分析軟件之一。SPSS10.0forWindows是它的最新版本,已經廣泛應用于自然科學、社會科學中,其中涉及的領域包括工程技術、應用數(shù)學、經濟學、商業(yè)、金融等等。但是它在環(huán)境監(jiān)測中的應用還不是很廣泛,特別是在各地方的環(huán)境監(jiān)測部門基本上沒有涉及到該領域。如何把這個優(yōu)秀的軟件很好地應用于實際工作當中,不但能夠大大減少數(shù)據(jù)分析人員的工作量,而且提高了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、實用性、可信性。并為上級部門作出相關決策時提供可靠的科學依據(jù)。下面就來簡單介紹一下這個軟件的幾個功能模塊,以及如何把它應用于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析之中。1.1功能4:analyze分析菜單*File(文件)菜單與大多數(shù)Windows程序相同,這里包含了對數(shù)據(jù)文件進行新建、打開、保存、頁面設置、打印預覽等共15條命令。其中通過“Open”選項中的“Data”項可以打開由Excel、Access、Dbase、Lotus、SYLK、Text等多種格式的數(shù)據(jù)文件。為充分利用原有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供了方便。其中的“CacheData”命令允許用戶把數(shù)據(jù)文件復制到Cache(緩存)中,從而加快分析運算的速度。*Edit(編輯)菜單這里提供了復制、剪切、全選、粘貼、特殊粘貼等編輯命令。其中的“Option”選項允許用戶對系統(tǒng)的默認設置進行修改,使之更加適合不同用戶的要求,這其中包括默認文件夾、字體、圖表輸出形式、結果顯示位置的控制等等。*View(視圖)菜單這里是顯示/隱藏狀態(tài)欄、顯示/隱藏工具欄、顯示/隱藏字體、顯示/隱藏網(wǎng)格線、顯示/隱藏屬性標簽這五條命令。*Data(數(shù)據(jù))菜單這里提供了日期定義、插入變量或觀測量、為觀測量進行排序、合并或者分割數(shù)據(jù)文件等共11條命令。*Transform(變換)菜單這里可以允許用戶對數(shù)據(jù)進行初步的整理,其中的變換菜單提供了計算公式、隨機選擇、加權、觀測量排序、變量分類、缺失值替換、建立時間序列等共10條命令。*Analyze(分析)菜單這個菜單項包括13個子菜單,是SPSS10.0的主要功能模塊,下文就其中各個子菜單的功能作簡單介紹:(1)Reports(報告):包括對于觀測量的基本統(tǒng)計分析,如OLPACubes、CaseSummaries等4個命令項;(2)DescriptiveStatistics(描述性統(tǒng)計):包括Frequencies、Descriptive、Explore、Crosstabs等4項命令;(3)CompareMeans(均值比較):包括Means、One-SampleTTest、IndependentSamplesTTest、PairedSamplesTTest、OneWayANVOA等共5項命令;(4)GeneralLinearModel(一般線性模型):包括Univariate、RepeatedMeasures等4項;(5)Correlate(相關分析):包括BivariateCorrelation、Partial、Distances等3項;(6)Regression(回歸分析):包括LinearRegression、NonlinearRegression、CurveEstimation、WeightEstimation等9項命令;(7)Loglinear(對數(shù)線性)包括GeneralLoglinearAnalyze、LogitLoglinearAnalyze、ModelSelectionLoglinearAnalyze等3項命令;(8)Classify(聚類分析):包括K-MeansCluster、HierarchicalCluster、DiscrimnantAnalyze等3項命令;(9)DataReduction(數(shù)據(jù)簡化):只有FactorAnalysis一項;(10)Scale(等級分析):包括ReliabilityAnalysis、MultidimensionalScaling等2項命令;(11)NonparametricTests(非參數(shù)檢驗):包括Chi-SquareTest、Two-Independent-SamplesTest等8項;(12)Survival(殘余分析):包括LifeTables、CoxRegression等4項命令;(13)MultipleResponse(多元反應):包括DefineSets等3個命令項。*Graphs(圖表菜單)統(tǒng)計圖是用點、線、面等各種幾何圖形表達統(tǒng)計數(shù)據(jù)的一種形象的形式,其特點是簡明生動,形象具體、通俗易懂。SPSS10.0具有很強大的制圖功能,可以繪制多種統(tǒng)計圖形,遠遠超過EXCEL的圖表功能,這些圖形可以在各種統(tǒng)計分析過程中通過對于相應的“Plot”選項進行設置,得到需要的理想圖形,也可以直接由菜單項“Graphs”圖形菜單產生。SPSS的圖形制作過程可以分為三個步驟:建立數(shù)據(jù)文件;生成圖形;修飾生成的圖形?！癎raphs”圖形菜單共有18條子菜單,可以生成的圖形包括Bar(條形圖)、Line(線形圖)、Area(面積圖)、Pie(餅圖)、High-Low(高低收盤圖)、Pareto(帕雷托圖)、Control(工序控制圖)、Boxplots(箱線圖)、ErrorBar(誤差條形圖)、Scatter(散點圖)、Histogram(直方圖)、P-P選項生成變量分布累計比對正態(tài)分布累計比的P-P圖、Q-Q選項生成變量分布分位數(shù)對正態(tài)分布分位數(shù)的Q-Q圖、Sequence(時間序列圖)、ROCCurve選項通過它生成的圖形可評估分組單變量分組方案的優(yōu)劣、TimesSeries選項可以生成自相關圖、偏相關圖和互相關圖。*Utilities(公用程序)菜單,這里包括變量集的定義、菜單欄定制內容等7條命令;*Windows(窗口)菜單,在這里用戶可以最小化所有窗口,也可以實現(xiàn)在不同窗口中的切換。*Help(幫助)菜單,包括幫助主題、使用指南、統(tǒng)計教練、語法向導等6條命令。此外,SPSS10.0在面向用戶的使用方面主要有以下三個突出的優(yōu)勢:(1)Windows的窗口方式和界面友好的對話框;(2)得出的結果均以直觀易懂的圖表示,在這些圖表當中盡可能地使用通用的數(shù)學符號;(3)擁有全面生動的幫助。為此,本文擬介紹SPSS10.0在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中的應用,讓更多的研究者不再為繁雜數(shù)據(jù)分析而煩惱,只需點擊鼠標,無需復雜計算,原來需要幾十分鐘乃至幾個小時的工作量可以在幾分鐘內輕松完成。2數(shù)據(jù)處理中的方法和模型*數(shù)據(jù)集合的參數(shù)檢驗與區(qū)間估計一般環(huán)境監(jiān)測站都有歷年的環(huán)境監(jiān)測資料,在對于相同環(huán)境條件下的趨勢估計中,通常采用的是置信區(qū)間的估計方法,在SPSS10.0中可以非常方便地實現(xiàn)T檢驗和置信區(qū)間的估計,具體實現(xiàn)的過程是選擇軟件中的“Analyze”——“Comparemeans”選項,按照提示可以方便得實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的檢驗與區(qū)間估計。*數(shù)據(jù)集合的非參數(shù)檢驗非參數(shù)檢驗,是不依賴于總體分布的統(tǒng)計推斷方法,是指在總體分布不服從正態(tài)分布且分布情況不明時,用來檢驗數(shù)據(jù)資料是否來自同一個總體假設的一類檢驗方法,在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中,由于各種影響因素較多,碰到的非參數(shù)檢驗的機會也較多,在SPSS10.0中可以方便地實現(xiàn)卡方檢驗(Chi-squareTest),只需要選擇“Analyze”菜單中的“NonparametricTests”即可按照提示進行操作,節(jié)省了大量的運算時間。*方差分析在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析過程中,不可避免地存在一定的誤差,其中包括隨機誤差以及系統(tǒng)誤差,而環(huán)境監(jiān)測的對象通常是由許多因素互相制約又互相依存,我們在得到一批數(shù)據(jù)后,如何從反復的試驗和觀測中,分析出來哪些因素是對該污染狀況起主導作用,是要給予重視的,哪種處理方法或者哪種是處理藥劑是對處理有顯著效果的,在何時是效果最好的時候等等問題。例如,我們在選擇一種實驗試劑時,必須在不同的反應時間,用不同的藥劑進行多次試驗,才能確定出最佳的投藥量和最佳的反應時間,還可以同時監(jiān)測多種藥劑同時投加時的效果,分析其相互的影響,而在這個選擇過程中用到的就是方差分析的方法,如果只是驗證一種實驗試劑在不同反應時間中的作用,則采用單因素分析方法,在SPSS10.0中的實現(xiàn)過程就是選擇“Analyze”——“CompareMeans”——“OneWayANOVA”,如果是多種藥劑的相互作用情況,則要用到多因素的方差分析,其實現(xiàn)過程是選擇“Analyze”——“GeneralLinearModel”——“Univariate”進行分析。*相關分析在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中,經常會碰到相關性問題,其主要是指各種污染指標間的相互關系,可以通過建立特定條件下的相關變量或者是模型來進行污染預報及缺失值的統(tǒng)計補償。也就是在現(xiàn)有的多種數(shù)據(jù)基礎上,建立一個或幾個環(huán)境要素之間的相關關系,來對未來的環(huán)境狀況進行科學的估計。在SPSS10.0中,可以進行相關分析以及偏相關分析,用相關系數(shù)矩陣的結果形式非常清楚地加以描述,便于廣大用戶閱讀其分析結果。其實現(xiàn)過程是“Analyze”——“Correlate”。*回歸分析(包括多元回歸和逐步回歸)回歸分析是環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中比較常用的處理手段,通過建立數(shù)據(jù)間的一定的函數(shù)關系對數(shù)據(jù)加以整理與優(yōu)化,并在此基礎上進行估計,實現(xiàn)預測預報的功能。由于環(huán)境數(shù)據(jù)的影響因素一般較多,我們碰到較多的是多元的回歸方法,這用普通的方法計算非常繁瑣,而SPSS10.0非常輕松地實現(xiàn)了多元回歸以及多個元素的逐步回歸分析,大大減少了工作量,而且其自帶的繪圖功能更直觀地反應出不同回歸模型的區(qū)別以及各自的利弊得失,還可以同時與實際的數(shù)據(jù)進行圖形對比,便于用戶選擇不同的模型是其又一大功能,只需用鼠標選擇不同模型而不用輸入繁瑣的數(shù)學公式就可以對其進行回歸分析,在結果中還給出了新的變量的回歸系數(shù)以及指定的估計值。而其提供的偏相關分析更是獨具特色,它可以在去除部分因素的影響下進行回歸分析,便于判斷各種影響因素的影響作用的大小程度,其實現(xiàn)的過程是“Analyze”——“Correlate”。*聚類分析一批監(jiān)測數(shù)據(jù)有n個樣品,每個樣品測定n個元素,則可以對樣品進行分類,也可以對元素進行分類,以便從中找到規(guī)律。對所研究的環(huán)境問題作出相應的解釋。對數(shù)據(jù)進行分類,應當盡可能地排除主觀因素,按照特定的科學方法對數(shù)據(jù)處理,得到的結果才是我們所探求的。聚類分析可以對數(shù)據(jù)進行分類,可以客觀地找到變量間的親疏關系,然后將全部變量歸并成不同的類別,并以分類樹形圖表示。在普通計算方法中,通常的聚類分析需要耗費大量的時間,單單是數(shù)據(jù)的正規(guī)化和標準化就是一項非常艱巨的任務,而且容易出錯,在SPSS10.0中提供的聚類分析模型很好地解決了這個問題,系統(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)的標準化,在結果顯示中,通過一定的選擇可以得到非常理想的樹形分類圖。其實現(xiàn)過程是“Analyze”——“Classify”。*因子分析控制和治理環(huán)境污染,重要的問題是要了解污染源的情況。直接監(jiān)測污染源是必要的,但是在許多情況中。直接監(jiān)測是困難的。于是人們轉向監(jiān)測污染源的排放物,再由污染物數(shù)據(jù)去推算出污染源的類型及其成因?？梢詫⑽廴驹醋鳛槿舾蓚€待求的因子,建立起污染源因子與污染物元素數(shù)據(jù)間的數(shù)學模型,再由該數(shù)學模型推導出兩者間應滿足的關系式,然后進行判斷,得出結果。在SPSS10.0中的實現(xiàn)過程是“Analyze”——“Data”——“Factor”。*時間序列分析在監(jiān)測一個區(qū)域的環(huán)境質量或一個工廠的污染物排放狀況時監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間推移而不斷變化。這種按時間順序排列的數(shù)字或隨機變量稱為時間序列,可以通過時間序列分析實現(xiàn)對未來環(huán)境狀況的預測估計。在SPSS10.0中可以通過選擇“Graphs”——“TimeSeries”來實現(xiàn)時間序列分析。3應用案例3.1spss10.0單因素方差分析(1)原始數(shù)據(jù)收集以下舉例所采用數(shù)據(jù)引自文獻。[例]:分發(fā)統(tǒng)一的含銅0.100mg/l的樣品到6個實驗室,下表為各實驗室5次測定值,試分析不同實驗室之間是否存在顯著差異。(2)SPSS10.0中的單因素方差分析我們把原始數(shù)據(jù)中的“測定值”作為應變量,把“實驗室”編號作為自變量,分別輸入。在輸入數(shù)據(jù)以后,如果要對上例中的數(shù)據(jù)作單因素方差分析可以按如下步驟進行:步驟一:選擇“Analyze”“CorrpareMeans”“One-WayANOVA”展開單因素方差分析主對話框,見圖1:步驟二:在“One-WayANOVA”對話框中,把“測定值”選入“DependentList”框中,把“實驗室”選入“Factor”框中,然后單擊“OK”示意圖及運行結果如下,見圖2和表2:(3)本題小結對比上文所得和文獻中的相應例題可以看出,SPSS10.0在短短的幾秒鐘之內就得到了準確的計算結果。經SPSS判斷,幾個實驗室之間的差異是非常顯著的。3.2y、y、r,x,4入原始數(shù)據(jù)(1)原始數(shù)據(jù)收集以下舉例所采用數(shù)據(jù)引自文獻;[例]有一實驗變量y,已知其和四個自變量x1、x2、x3、x4有關,現(xiàn)把13個觀測點的觀測數(shù)據(jù)列表如下要求作逐步回歸分析,給出多元回歸方程。步驟一:輸入原始數(shù)據(jù),定義變量y、x1、x2、x3、x4,選擇“Analyze”“Regression”“Linear”,見圖3、4;步驟二:在“Linear”對話框中,把y放入因變量一欄中,其它放入自變