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1、Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design见见 明道绪 主编 面向21世纪课程教材 生物统计附试验设计 中国农业出版社，2002第十二章 第八节 正交设计正交设计补充Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experim
2、ental Design在实际工作中 ，常常需要同时考察 3个或3个以上的试验因素 ，若进行全面试验，则试验的规模将很大 ，往往因试 验条件的限制而难于实施 。正交设计就是安排多因素试验 、寻求最优水平组合的一种 高效率试验设计 方法。 Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design 一、正交设计的概念及原理(一) 正交设计的基本概念 正交设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。
3、它从试验的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优水平组合。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design例如， 研究如下3个因素对某品种鸡生产性能的影响：A因素是饲料配方，设A1、A2、A3 3个水平 ；B因素是光照 ，设 B1 、B2 、B3 3个水平 ；C因素是温度，设C1、C2、C3 3个水平。这是一个3因素3水平的试验
4、 ，各因素的水平之间全部可能的组合有27种 。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design如果试验方案包含各因素的全部水平组合，即进行全面试验 ，可以分析各因素的效应 ，交互作用，也可选出最优水平组合。这是全面试验的优点 。但全面试验包含的水平组合数较多，工作量大 ，由于受试验场地、试验动物、经费等限制而难于实施 。如果试验的主要目的是寻求最优水平组合，则可利用正交设计来安排试验。 Copy
5、right 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design正交设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。正交试验是用部分试验来代替全面试验，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserve
6、d 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design如对于上述3因素3水平试验，若不考虑交互作用，可利用正交表L9(34)安排，试验方案仅包含9个水平组合，就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况，找出最佳的生产条件。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design(二) 正交设计的基本原理 上例中，全面试验试验方案如
7、表1所示。 Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design 表表1 31 3因素因素3 3水平全面试验方案水平全面试验方案Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design图1 3因素3水平试验的
8、均衡分散立体图Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design正交设计就是从全面试验点（水平组合）中挑选出有代表性的部分试验点（水平组合）来进行试验。图1中标有试验号的九个“()”，就是利用正交表L9(34)从27个试验点中挑选出来的9个试验点。即：(1)A1B1C1 (4)A2B1C2 (7)A3B1C3(2)A1B2C2 (5)A2B2C3 (8)A3B2C1(3)A1B3C3 (6)A2B
9、3C1 (9)A3B3C2Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design上述选择 ，保证了A因素的每个水平与B因素 、 C 因 素的各个水平在试验中各搭配一次。从图1中可以看到，9个试验点分布是均衡的 ，在立方体的每个平面上 ，都恰是3个试验点；在立方体的每条线上也恰有一个试验点。9个试验点均衡地分布于整个立方体内 ，有很强的代表性，能够比较全面地反映全面试 验的基本情况。 Copyright
10、 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design 二、正交表及其特性(一) 正交表 表2 是一张正交表，记号为L8(27) ，其中“L”代表正交表 ；L 右下角的数字“8”表示有8行，用这张正交表安排试验包含8个处理(水平组合) ；括号内的底数“2” 表示因素的水平数，括号内2的指数“7”表示有7列 ，用这张正交表最多可以安排7个2水平因素。 Copyright 2006 Sichuan Agricultural
11、 University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design表表2 2 L L8 8(2(27 7) )正交表正交表Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design常用的正交表已由数学工作者制定出来， 供进行正交设计时选用。2水平正交表除L8(27) 外，还有L4(23)、L1
12、6(215)等；3水平正交表有 L9(34)、L27(313) 等。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design(二) 正交表的特性1、任一列中，不同数字出现的次数相等例如L8(27)中不同数字只有1和2，它们各出现4次；L9(34)中不同数字有1、2和3，它们各出现3次 。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights R
13、eserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design2、任两列中，同一横行所组成的数字对出现的次数相等 例如 L8(27)中(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)各出现两次；L9(34) 中 (1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 1), (3, 2), (3, 3)各出现1次。即每个因素的一个水平与另一因素的各个水平互碰次数相等，表明任意两列各个数字之间的搭配是均匀的。 Copyright 2006 Sichuan Agricu
14、ltural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design根据以上两个特性，我们用正交表安排的试验，具有均衡分散和整齐可比的特点。所谓均衡分散，是指用正交表挑选出来的各因素水平组合在全部水平组合中的分布是均衡的 。 由 图1可以看出，在立方体中 ，任一平面内都包含 3 个“()”， 任一直线上都包含1个“()” 。Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biostatistics and Experimental Design整齐可比是指每一个因素的各水平间具有可比性。因为正交表中每一因素的任一水平下都均衡地包含着另外因素的各个水平，当比较某因素不同水平时，其它因素的效应都彼此抵消。如在A、B、C 3个因素中，A因素的 3 个水平 A1、A2、A3 条件下各有 B、C 的 3 个不同水平，即： Copyright 2006 Sichuan Agricultural University All Rights Reserved 高级生物统计与试验设计 Advanced Biost
