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1、,生物学是一门实验性科学。,收集资料，确定课题,制订方案，可行性分析,进行实验，得出结论,物质条件，技术方法,仪器设备的精度要求,制订方案,数据分析,实验技术,1,2,3,试验方案设计合理,精心组织操作,统计方法进行分析,客观 理想的结果,常用试验设计及其统计分析,第八章,第一节,第二节,第三节,试验设计的基本原理,对比设计及其统计分析,随机区组设计及其统计分析,第八章,第四节,拉丁方设计及其统计分析,第五节,裂区设计及其统计分析,第六节,正交设计及其统计分析,一、试验设计的意义,二、生物学试验的基本要求,三、试验设计的基本要素,四、试验误差及其控制途径,试验设计(experimental d
2、esign),五、试验设计的基本原理,一 试验设计的意义,课题的名称,试验目的,研究依据、内容,试验方案,试验单位的选取,试验记录项目和要求,试验结果的分析方法,经济或社会效益分析,已备条件,尚缺少的条件,参加研究人员,试验时间、地点,成果形式,学术论文撰写,试验单位的重复数,进度安排、经费预算,研究的预期效果,试验单位的分组,试验单位的选取,试验单位的重复数,试验单位的分组,广 义,狭 义,一 试验设计的意义,避免系统误差，控制、降低试验误差，无偏估计处理效应，从而对样本所在总体作出可靠、正确的推断。,一 试验设计的意义,在研究工作进行之前，根据研究项目的需要，应用数理原理，作出周密安排，力
3、求用较少的人力、物力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料，通过分析得出正确的结论，明确回答研究项目所提出的问题。,如果设计不合理，不仅达不到试验的目的，甚至导致整个试验的失败。,能否合理地进行试验设计，关系到科研工作的成败。,一 试验设计的意义,节省人力、物力、财力和时间,减少试验误差，提高试验的精确度，取得真实的试验资料，为统计分析得出正确的判断和结构打下基础。,1,2,试验目的明确,试验条件要有代表性,试验结果可靠,试验结果可重演,二 生物学试验的基本要求,准确度,精确度,试验中同一性状的重复观测值彼此接近的程度，即试验误差的大小。,试验中某一性状的观测值与其相应真值的接近程度，不易确定
4、。,试 验 结 果 可 靠,严格要求试验的正确执行和试验条件的代表性；,注意试验的环节，全面掌握试验的条件，详实的试验记载,考虑季节变异的特点，克服年份、地点环境条件的差异,在相同的条件下，再进行试验或实践，应能重复获得与原试验结果相类似的结果。,1,2,3,试 验 结 果 重 演,重演性,三、试验设计的基本要素,基本 要素,处理因素,受试对象,处理效应,处理（因素）,概念 对受试对象给予的 某种外部干预（或措施）,特点 人为设置,单因素处理,多因素处理,三、试验设计的基本要素,处 理 因 素,实验中注意主要因素,控制非处理因素,处理因素标准化,1,2,3,受试对象,处理因素的客体，即根据研究
5、目的而确定的观测总体。,必须对其具体条件做出严格规定，保证其同质性。,三、试验设计的基本要素,处理效应,处理因素作用于受试对象的反应,误差效应,试验效应,？,研究结果的最终体现,1,2,三、试验设计的基本要素,试验误差的概念,来源,控制途径,表示方法,四、试验误差及其控制途径,（一）概念,处理的真实效应,不能完全一致的其他因素的偶然影响,四、试验误差及其控制途径,处理效应,误差效应,试验效应,观测值,使观测值偏离试验处理真值的偶然影响称为试验误差或误差(error)。,（一）概念,四、试验误差及其控制途径,（试验）误差,影响试验的精确度和准确度。,试验误差是衡量试验精确度的依据，误差小表示精确
6、度高，误差差，则比较的可靠性较差，而要使处理间的差异达到指定的显著水平就很困难。,系统误差（片面误差）：由于试验处理以外的其他条件明显不一致所产生的带有倾向性的或定向性的偏差。,随机误差（偶然误差）：由于试验中许多无法控制的偶然因素所造成的试验结果与真实结果之间产生的误差。,人为误差,四、试验误差及其控制途径,试 验 误 差,可以避免,不可避免,试验材料固有的差异,试验条件不一致,操作技术不一致,偶然性因素的影响,疏忽大意造成,（二）试验误差的来源,四、试验误差及其控制途径,绝对误差 观测值与真值之差,相对误差 绝对误差与真值之比,平均值标准差,（三）试验误差的表示,四、试验误差及其控制途径,
7、保证实验材料的均一性及实验环境的稳定性,改进操作管理制度，使之标准化,消除系统误差,精心选择试验单位,采用合理的试验设计,（四）试验误差的控制,四、试验误差及其控制途径,重 复,估计试验误差,五 试验设计的基本原理,重复：试验中同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上。,如果同一处理只实施在一个试验单位上，那么只能得到一 个观测值，则无从看出差异，因而无法估计试验误差的大小 。,只有当同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上，获得两个或两个以上的观测值时，才能估计出试验误差。,重 复,降低试验误差,五 试验设计的基本原理,平均数抽样误差的大小与重复次数n的平方根成反比，所以n增加，可以降低试验
8、误差。,但在实际应用时，重复数太多，试验材料的初始条件不易控制，也不一定能降低误差。,重复数的多少可根据试验的要求和条件而定。,随 机,无偏的估计试验误差,五 试验设计的基本原理,随机化是指在对试验材料分组时必须使用随机的方法，使供试材料进入各试验组的机会是相等，以避免试验材料分组时试验人员主观倾向的影响。,这是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段，目的是为了获得无偏的误差估计量。,局部控制,五 试验设计的基本原理,局部控制是指在试验时采取一定的技术措施或方法来控制或降低非试验因素对试验结果的影响。,在试验中，当试验环境或试验单位差异较大时，仅根据重复和随机化两原则进行设计，不能将试验环境或试
9、验误差所引起的变异从试验误差中分离出来，因而误差较大，试验的精确性与检验的灵敏度降低。,局部控制,降低试验误差,五 试验设计的基本原理,在试验环境或试验单位差异较大的情况下，根据局部控制原则，可将整个试验环境或试验单位分成若干小环境或小组，称为单位组（或区组）。,因为单位组之间的差异可在方差分析时从试验误差中分离出来，所以局部控制原则能较好地降低试验误差。,五 试验设计的基本原理,重复、随机、局部控制三个基本原则是试验设计中必须遵循的原则，再采用相应的统计分析方法，就能最大程度地降低并无偏估计试验误差，无偏估计处理效应，从而对于各处理间的比较作出可靠的结论。,随 机,重 复,局部控制,无偏估计
10、误差,降低误差,五 试验设计的基本原理,估计误差,统计推断,提高精确性,三 原 则,作 用,抽样方法的正确与否，直接关系到样本的代表性，影响由样本所得估计值的准确性。,随机抽样,典型抽样,顺序抽样,随机抽样,简单随机抽样,分层随机抽样,双重随机抽样,整体随机抽样,它是最简单、最常用的一种抽样方法，要求被抽总体内每一个体，被抽取的机会完全相等。,简单随机抽样就是采用随机的方法直接从总体中抽选若干个抽样个体组成样本的抽样方法。,随机数字,分层随机抽样是一种混合抽样。其特点是将总体按变异原因或程度划分成若干区层，然后再用简单随机抽样方法，从各区层按一定的抽样分数抽选抽样单位。,抽样分数：一个样本所包
11、括抽样单位数与其总体所包括的抽样单位数的比值。,（）将总体变异原因与程度划分成若干区层，使得区层内变异尽可能小或变异原因相同，而区层间变异比较大或变异原因不明。,（）在每一个区层按一定的抽样分数独立随机抽样。,相等配置,比例配置,最优配置,如果各区层抽样单位数相等，可采用相等配置,如果各区层抽样单位数不等，可按相同的抽样分数，将欲抽取的抽样单位总数分配到各区层,根据各区层抽样单位数、抽样误差和抽样费用，确定各区层应抽取的抽样单位。,在变异范围较大的区层，抽样分数应大一些；在抽样费用较高的区层，抽样分数应小一些。,（）若总体内各抽样单位间的差异比较明显，那么就可以把总体分为几个比较同质的区层，从
12、而提高抽样的准确度；,（）分层随机抽样既运用了随机原理，也运用了局部控制原理，这样不仅可以降低抽样误差，也可以运用统计方法来估算抽样误差；,整体随机抽样是把总体分成若干群，以群为单位，进行随机抽样，对抽到的样本进行全面调查。,如果总体内主要变异来源明显来自不同区层间，且每一区层均较大，则应采用分层抽样；若主要变异来源明显来自区层内各单位间，且每一区层所占面积较小，则宜用整体随机抽样。,优点,由于一个整体只要一个编号，因而减少了抽样单位编号数，且因调查单位数减少，工作方便；,与简单随机抽样相比较，它常提供较为准确的总体估计值。,只要各群抽选单位数相等，整体抽样也可提供总体平均数的无偏估计。,变量
13、,变量,简单变量,复杂变量,顺序抽样,顺序抽样（系统抽样、机械抽样）,它是按某种既定顺序从总体（有限总体）中抽取一定数量的个体构成样本。,这种抽样方法可避免人们主观偏见的影响，且使用简便,如果总体内存在周期性变异，则可能会得到一个偏差很大的样本，这种现象在统计上称为系统误差。,由顺序抽样得到的样本不能计算抽样误差，估计总体值。,典型抽样,根据初步资料或经验判断，有意识、有目的的选取一个典型群体作为代表（样本）进行调查，以估计整个总体，这种抽样方法就称为典型抽样。,典型样本代表着总体的绝大多数，如果选择合适，可得到可靠的结果，尤其从容量很大的总体中选取较小数量的抽样单位时，往往采用这种抽样方法。
14、,这种抽样多用于大规模社会经济调查，而在总体相对较小或要求估算抽样误差时，一般不采用这种方法。,样本容量的确定,即为置信区间宽度的一半（置信半径）,南阳黄母牛的体高,以的可靠性进行估计，并要求估计的误差不超过0.5cm，求n值。,对比法：一种最简单的试验设计方法,适用于单因素试验。,简单对比设计,邻比设计,只有一个CK,每一个处理相邻都有一个CK,每重复的第一个小区安排为处理区，第二个小区安排为CK，以后每隔两个处理区安排一个对照区，同时必须使每一重复的最后一个处理区的一侧有CK。,在同一重复内各小区顺序排列，但重复时，使相同小区不要排在一条直线上，可采用阶梯式排列。,动物试验中称为配对试验设
15、计。,把窝别、性别相同、年龄、体重相近的两个动物配成一对，然后用随机的方法将每对的两头动物分别安排到两组中。动物试验中称为配对试验设计。,同一对动物之间差异要尽量小些，不同对之间的动物可以有差异。,也可进行同一只动物前后两次进行不同的处理，对处理前后的结果进行比较。,对比法试验，由于为顺序排列，不能正确估计出无偏的试验误差，因而试验结果不能采用方差分析的方法进行显著性检验。,一般采用百分比法。,随机区组设计是根据局部控制和随机原理进行的，将试验单位按性质不同分成与重复数一样多的组，使区组内环境差异最小而区组间环境差异最大，每个区组均包括各处理的一个小区。,区组内各处理随机排列，各区组独立随机排
16、列。,肥力高,肥力低,肥力高,肥力低,I,II,III,区组,重复,随机,随机数字法,随机,随机数字法,设有8个处理，我们得到随机数字，去掉0和9及重复数字，连续取得8个随机数字，即为一个区组内的排列。,9, 3, 9, 4, 4, 6, 0, 2, 8, 4, 6, 5, 9, 8, 4, 4, 1, 4, 9, 2, 2, 4, 8, 7,9, 3, 9, 4, 4, 6, 0, 2, 8, 4, 6, 5, 9, 8, 4, 4, 1, 4, 9, 2, 2, 4, 8, 7,(1)设计简单，容易掌握,(2)富于弹性，单因素、多因素及综合性的试验均可用,(3)能提供无偏的误差估计,(4)对试验区的形状要求不严,总平方和 自由度,区组,处理,误差,A因素,B因素,互作,处理数不能太多，一般10个左右。,处理数太多，区组必然增大，局部控制的效率降低。,处理数或处理组合数不能太少，如果较少，误差项的自由度也会太小，会降低假设检验的灵敏度。
