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1、第6章 方差分析与回归分析,61 方差分析,6.1.1单因素方差分析 1.方差分析的意义在科研、生产和管理中,某项特性指标的优劣,是受许多条件影响的为了弄清诸条件中,哪些是对特性指标有显著影响的条件,并弄清这些条件在什么状态时起的作用最大,就需要进行试验(即进行抽样),并对试验结果进行数据处理.方差分析就是分析、处理试验数据的一种数学方法,它的主要任务是通过对数据的分析、处理,分清各试验条件以及它们所取的状态对试验结果的影响,以便有效地指导实践,提高效益,试验中,由于试验条件的变异而引起的试验结果的数量变异,称为条件误差(或系统误差);由于许多未能控制的、微小的偶然因素所引起的试验结果的数量变
2、异,称为随机误差(或试验误差)我们称可控制的试验条件为因素,称因素的各种状态为水平如果在试验中,仅有一个因素在改变,其他可控制的条件不变,则称这种试验为单因素试验;如果在试验中变化的因素多于一个,则称为多因素试验 .,2.单因素方差分析 设因素A有 个水平 ,在水平 下进行 次试验,共进行 次试验,假设各次试验都是独立的,得到样本观测值 见下表,设在水平 下总体 ,其中 称为因素 在水平 下的效应 ,要检验的假设是 记,可以证明: 选择统计量式中 为水平个数,为试验数据个数 对于给定的 ,查 分布表确定临界值 使 并由样本观测值求出 的值,(1)当时 ,接受原假设 ,即可认为因素 对试验结果的
3、影响不显著;(2)当 时,说明小概率事件 在一次抽样中发生了.拒绝原假设 ,即可认为因素 对试验结果的影响显著由于 的观察值的计算比较复杂,在实际工作中,通常将, , , ,改写成; ;,其中,并采取下面的方差分析表,下面举例说明单因子方差分析方法,例1 一批由同种原料织成的布,用不同的染整工艺处理,每台进行缩水率试验,目的是考察不同的工艺对布的缩水率是否有显著影响,现采用5种不同的染整工艺,每种工艺处理4块布样,测得缩水率的百分数见下表:,染整工艺,试问染整工艺对缩水率影响是否显著( )?,解 (1)选择统计量,依题意,,(2)计算统计量,的观测值,由,得,得,(3)对于给定的 ,查 分布表
4、得 ,(4)因为 ,故染整工艺对缩水率影响高度显著,6.1.2无重复双因素方差分析,设因素 有 个水平 ,因素 有 个水平 ,在因素 与 的各个水平的每一种配合 下,分别进行一次试验,共进行 次试验,假定各次试验都是独立的,得到样本观测值设在水平 下的总体 ,其中 称为因素 在水平 下的效应, 称为在 水平 下的效应,检验假设,记,的离差平方和、,的离差平方和、误差平方和分别记为,,,总离差平方和、因素,则,因为 总偏差平方和,反应了数据总的差异;,分别为因素,的偏差平方和,分别反映了因素,的水平发生变化后所引起的差异;,反映了除因素,以外的随机因素引起的差异,为误差平方和,,可以证明,、,、
5、,、,的自由度分别为:,实际计算时,常用下列表达式:,,,其中,选择统计量,给定,查,分布表确定临界值,和,并与,的值进行比较:,(1)若,,则拒绝假设,即认为因素,对试验结果的影响显著;,(2)若 ,则接受 ,即认为因素 对试验结果无显著影响;,(3)若,,则拒绝假设,即认为因素,对试验结果的影响显著;,(4)若,,则接受假设,即认为因素,对试验结果无显著影响,计算 与 的值可采取下面的方差分析表:,因素,因素,误差,总和,例2 试验某种钢的不同含铜量在各种温度下的冲击值(单位: ),下表列出了试验的数据(冲击值),试检验其差异性是否显著( ),铜含量,解 列表、计算:,列表,铜含量,试验温度,20,0,-20 -40,双因素的方差分析表,从上面的表中看出:,. 检验结果表明,这种钢随着含铜量的增加,冲击值提高的效果是特别显著的;同时,随着试验温度的提高,冲击值提高的效果也是特别显著的,