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1、,常用的实验设计类型,(kinds of experiment design),1 单因素K水平设计,K=1时称为单组设计（one sample)； K=2时，有： 配对设计(paired design) 成组设计(two-sample design)； K3时，叫单因素多水平设计 (completely random design)。,2. 随机区组设计,适合于安排一个实验因素、一个单独的或复合的重要非实验因素（区组因素）。,与单因素K水平设计的区别： 比单因素K水平设计多考察一个区组因素，当区组因素的作用接近于0时，它就退化成为单因素K水平设计了； 当K=2时，随机区组设计就是配对设计，当
2、配对条件无法满足时，它就转变为成组设计了。,3 析因设计的特点,因素之间在专业上地位平等 。,做实验时，每次都涉及到全部因素，即因素是同时施加的；,在每个实验条件下至少要做2次独立重复实验；,因素的交互作用比较复杂且必须考虑；,实验中涉及到2-4个实验因素；,此设计具有一个明显的特点，即在不同条件下，从同一个受试对象身上观测到K个数据（K2）。如果“不同条件”仅与一个因素有关，就叫做“具有一个重复测量的M因素设计”；如果“不同条件”与两个因素的水平组合有关，就叫做“具有两个重复测量的M因素设计”；这里，M指实验中所涉及到的全部实验因素的个数，包括与重复测量有关的实验因素。,4. 重复测量设计,
3、5. 拉丁方设计 Latin square design,拉丁方设计是比配伍组设计多考察一个区组因素的设计方法。 它要求将实验因素的水平随机化，并将其排列成一个拉丁方阵，故得此名。,此设计可安排一个实验因素、两个区组因素； 三个因素的水平数相同，以实验因素的水平数为基准； 要求三个因素之间不存在交互作用（或交互作用可忽略不计）； 要将实验因素的K个水平随机化排列成K行K列的方阵。,5.1 拉丁方设计的特点,【例】观察A、B、C三种中药的促凝作用，以生理盐水作对照(D)，假定每种药物作用的时间很短，观测指标的值很快便能恢复到原先的水平，即可以用同一只动物重复做此实验。现取品种相同、体重接近的雄性
4、白兔4只，每只白兔以不同的顺序接受不同的药物，以血浆复钙凝固时间(秒)为指标，设计和资料见表4。比较三组中药和生理盐水对血浆复钙凝固时间影响之间的差别有无统计学意义。,5.2 拉丁方设计实例1,表4 不同中药组测得的血凝时间 白兔 中药代号与血凝时间(s) 编号 实验顺序：1 2 3 4 1 C(85) D(102) A(90) B(100) 2 D(108) A(88) B(110) C(80) 3 A(95) B(98) C(82) D(110) 4 B(105) C(78) D(104) A(92) ,5.3 拉丁方设计实例2 【例】为了研究5个不同剂量的甲状腺提取液对豚鼠甲状腺重的影响
5、，考虑到鼠的种系和体重对观测指标可能有一定的影响，设计实验时，最好将这两个重要的非处理因素一并安排。根据专业知识得知，这三个因素之间的交互作用可忽略不计，设计格式和收集的资料见表5。,表5 5个不同剂量的甲状腺提取液对豚鼠甲状腺重的影响 种系 甲状腺提取液的剂量（字母）与甲状腺重（g/200g体重） 体重： 1 2 3 4 5 1 C(65) E(85) A(57) B(49) D(79) 2 E(82) B(63) D(77) C(70) A(46) 3 A(73) D(68) C(51) E(76) B(52) 4 D(92) C(67) B(63) A(41) E(68) 5 B(81)
6、 A(56) E(99) D(75) C(66) 注：A、B、C、D、E所代表的具体剂量从略，,6.交叉设计 Cross-over design,当实验因素有两个水平，根据专业知识，又要求两个水平要先后作用于同一个受试对象时，需要在配对设计基础上做一点改进，使实验因素的两个水平在同一对受试者中施加的顺序交叉开，故此得名。,安排一个具有两水平的实验因素，且根据专业需要，同一个受试对象要先后接受两种处理各一次。 它可以考察两个区组因素对观测指标的影响。其中一个区组因素为实验顺序，它仅取两个水平；另一个区组因素为受试对象的个体差异。 最好取2n个受试对象，以便配成n对。,6.1 交叉设计的特点,6.
7、2 交叉设计的原理,研究对象总体,愿意加入试验合格的研究对象,试验组1,试验组2,处理1,处理2,观察期,阳性结果,阴性结果,阳性结果,阴性结果,阳性结果,阳性结果,阴性结果,阴性结果,洗脱期,观察期,处理1,处理2,若实验对象是人,可作患者自身疗效的比较(within-patient comparison) 试验分两阶段，两阶段之间有洗脱期(wash-out period)，目的是避免第一阶段处理的“顺应效应(carry-over effect)”。 洗脱期的长短视不同的处理措施而定，需要结合使用药物的半减期，一般来讲至少需要五个半减期的时间，从理论上来判断这时体内药物只有给药时的3.125
8、%.,优点,a、消除个体差异 b、自身比较，观察效果准确 c、随机分组，避免组间差异、避免选择性偏倚 e、同期对照 f、要求的样本量较少,缺点,a、不适用于急性炎症和不可回复到第一 阶段治疗前状态的疾病 b、可能存在顺应效应 c、用药周期可能对试验有影响,【例】某麻醉科医生研究催醒宁对氟呱啶的作用，选大鼠6只，均于腹腔注射氟呱啶40ml/kg和硫酸阿托品0.05ml/kg，将6只大鼠按某些条件配成3对，用随机的方法决定每对中一只鼠先后两次接受处理的顺序，另一只鼠接受这两种处理的顺序相反。在大鼠入睡后15min腹腔注射催醒宁0.5mg/kg（药物组，用T表示）和等量生理盐水（对照组，用C表示），
9、观察出现蹲和走动的时间。当动物完全清醒3d以后，该医生又用同样的方法重复上述试验，只是将原实验组和对照组的动物互换，结果如下： 动物号 1 2 3 4 5 6 第1次实验 T（15） C（31） T（17） C（30） C（25） T（5） 第2次实验 C（27） T（25） C（28） T（14） T（18） C（26） 请问实验组与对照组之间的差别有无统计学意义?,6.3 交叉设计实例1,6.4 交叉设计实例2 【例1】为研究A（90402中药复方）、B（安慰剂）两种处理对提高高原劳动能力的影响，以条件近似的10名健康人作为受试对象，把受试对象和测定顺序（冬季、春季）作为两个重要的非处理因
10、素，每人都服用两种药物各一次，条件最接近的每两人配成一对，用随机的方法确定每对中之一使用A、B药物的顺序，另一个人服药的顺序相反。设计格式和实验结果列在表7中，其观测指标为PWC170（即把心跳校正到170次/min时能做的功）。请问实验组与对照组之间的有无差别?,表7 两种药物对提高高原劳动能力的实验结果 受试者 药物与PWC170 受试者 药物与PWC170 编 号 实验时间：冬季 春季 编 号 实验时间：冬季 春季 1 A 159.4 B 153.8 6 B 129.9 A 146.1 2 B 129.4 A 159.8 7 B 166.3 A 210.9 3 B 122.1 A 137
11、.6 8 A 208.7 B 169.9 4 A 130.4 B 137.8 9 A 180.1 B 150.7 5 A 150.7 B 140.2 10 B 143.4 A 150.8 ,7. 正交设计 Orthogonal design,用一系列规格化的正交表来安排多因素实验的设计方法，称为正交设计。由于实验次数太多，用析因设计无法承受时，宜选用正交设计。但最好用于高阶交互作用可以忽略的多因素实验研究场合。,全因素实验的部分实施； 实验次数比较少，但结论比较可靠； 可以分析全部主效应和少数交互作用的效应。,7.1 正交设计的特点,实验点 实验点就是由各因素的不同水平组合而形成的实验条件。,
12、正交表符号说明,表的行数,因素的水平数,表的列数,Ln(mk),正 交 表 代 号,L27（313）表与L9（34）表之关系,下面用图示法来说明这两种正交表所对应的实验点之间的关系，同时，也说明了为什么用正交设计挑出来的实验点在空间具有“均匀分散、整齐可比”的特点。,立方体上共有9 个面，设对应于A1、A2、A3的是左、中、右三个面；对应于B1、B2、B3的是下、中、上三个面；对应于C1、C2、C3的是前、中、后三个面。,7.2 析因设计 与正交设计之关系,表 甲、乙两药治疗高胆固醇血症的疗效 甲药使 胆固醇降低值（mg） 用与否 乙药使用与否：不用 用 不用 16 25 18 28 31 23 用 56 44 42 64 78 80 注：表14.7.2中的四个号码分别代表原题中的第一组至第四组,L4(23),7.2 在正交表上如何 考察交互作用,L8(27) 表 试验 列号 1 2 3 4 5 6 7 号 设计 A B AB C AC BC D 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2
