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1、第四章第四章 多个样本多个样本 均数比较的均数比较的analysisofvariance,ANOVA 医学统计学ch04-王一任 讲述内容讲述内容第一节第一节 方差分析的基本思想及其应用条件方差分析的基本思想及其应用条件第二节第二节 完全随机设计资料的方差分析完全随机设计资料的方差分析第三节第三节 随机区组设计资料的方差分析随机区组设计资料的方差分析 第四节第四节 拉丁方设计资料的方差分析拉丁方设计资料的方差分析 第五节第五节 两阶段交叉设计资料的方差分析两阶段交叉设计资料的方差分析第六节第六节 多个样本均数间的多重比较多个样本均数间的多重比较第七节第七节 多样本方差比较的多样本方差比较的Ba
2、rtlettBartlett检验检验 和和LeveneLevene检验检验医学统计学ch04-王一任第一节第一节 方差分析的基方差分析的基本思想及其应用条件本思想及其应用条件医学统计学ch04-王一任目的：目的：推断多个总体均数是否有差别。推断多个总体均数是否有差别。 也可用于两个也可用于两个 方法：方法：方差分析，即多个样本均数比较方差分析，即多个样本均数比较 的的F检验。检验。 基本思想：基本思想：根据试验设计的类型，将全根据试验设计的类型，将全部测量值总的离均差平方和及其自由度部测量值总的离均差平方和及其自由度分解为两个或多个部分，除随机误差作分解为两个或多个部分，除随机误差作用外，每个
3、部分的变异可由某个因素的用外，每个部分的变异可由某个因素的作用作用(或某几个因素的交互作用或某几个因素的交互作用)加以解释加以解释 。医学统计学ch04-王一任应用条件：应用条件： 总体总体正态且方差相等正态且方差相等 样本样本独立、随机独立、随机设计类型：设计类型：完全随机设计资料的方差分析完全随机设计资料的方差分析随机区组设计资料的方差分析随机区组设计资料的方差分析拉丁方设计资料的方差分析拉丁方设计资料的方差分析两阶段交叉设计资料的方差分析两阶段交叉设计资料的方差分析医学统计学ch04-王一任完全随机设计资料的方差分析的基本思想完全随机设计资料的方差分析的基本思想 合计合计N S 第第i个
4、处理组第个处理组第j个观察结果个观察结果医学统计学ch04-王一任变异（变异（离均差平方和离均差平方和）分解）分解：离离均均差差平平方方和和(sum of squares of deviations from mean，SS) ：医学统计学ch04-王一任1.1.总变异总变异: :所有测量值之间总的变所有测量值之间总的变异程度，异程度，计算公式为计算公式为校正系数校正系数：医学统计学ch04-王一任 2组组间间变变异异：各各组组均均数数与与总总均均数数的的离离均均差差平平方方和和，表表示示处处理理因因素素的的作作用用和和随随机机误误差差的的影影响响，计算公式为：计算公式为： 如果如果有有g个总
5、体均数个总体均数有有差别差别 如果如果无无g个总体均数个总体均数无无差别差别医学统计学ch04-王一任 3 3组内变异：组内变异：各组内各测量值各组内各测量值X Xijij与其所与其所在组的均数的差值的平方和，表示随机误差在组的均数的差值的平方和，表示随机误差的影响。计算公式为的影响。计算公式为: :医学统计学ch04-王一任三种变异的关系三种变异的关系：医学统计学ch04-王一任均方差，均方均方差，均方( (mean square，MS) )。 医学统计学ch04-王一任检验统计量：检验统计量：如果如果 ，则，则 都为随都为随机误差机误差 的估计，的估计，F F值应接近于值应接近于1 1。如
6、果如果 不全相等，不全相等，F F值将明显大于值将明显大于1 1。用用F F界值（单侧界值）确定界值（单侧界值）确定P P值。值。医学统计学ch04-王一任第二节第二节完全随机设计资料的方差分析完全随机设计资料的方差分析医学统计学ch04-王一任 将将全全部部试试验验对对象象分分配配到到g个个处处理理组组（水水平平组组），各各组组分分别别接接受受不不同同的的处处理理，试试验验结结束束后后比比较较各各组组均均数数之之间间的的差差别别有有无无统统计计学学意意义义，推推论论处理因素的效应。处理因素的效应。一、完全随机设计一、完全随机设计医学统计学ch04-王一任例例4-14-1 某某医医生生为为了了
7、研研究究一一种种降降血血脂脂新新药药的的临临床床疗疗效效，按按统统一一纳纳入入标标准准选选择择120名名患患者者，采采用用完完全全随随机机设设计计方方法法将将患患者者等等分分为为4组组进进行行双双盲盲试试验。问如何进行分组？验。问如何进行分组？医学统计学ch04-王一任（1 1）完全随机分组方法：）完全随机分组方法：1. 编编号号：120名名高高血血脂脂患患者者从从1开开始始到到120，见表，见表4-2第第1行；行；2. 取取随随机机数数字字：从从附附表表15中中的的任任一一行行任任一一列列开开始始，如如第第5行行第第7列列开开始始，依依次次读读取取三三位位数数作作为为一一个个随随机机数数录录
8、于于编编号号下下，见表见表4-2第第2行；行；医学统计学ch04-王一任3. 3. 编编序序号号：按按数数字字从从小小到到大大 ( (数数据据相相同同则则按按先先后后顺顺序序）编序号，见表编序号，见表4-24-2第第3 3行。行。4. 4. 事事先先规规定定：序序号号1-301-30为为甲甲组组，序序号号31-6031-60为为乙乙组组，序序号号61-9061-90为丙组，序号为丙组，序号91-12091-120为丁组，见表为丁组，见表4-24-2第四行。第四行。医学统计学ch04-王一任（2 2）统计分析方法选择：）统计分析方法选择：1. 对对于于正正态态分分布布且且方方差差齐齐同同的的资资
9、料料，常常采采用用单单因因素素方方差差分分析析的的单单向向分分类类的的方方差差分分析析或或成成组资料的组资料的 t 检验（检验（g=2）；）；2. 对对于于非非正正态态分分布布或或方方差差不不齐齐的的资资料料，可可进进行行数据变换数据变换或采用或采用Wilcoxon秩和检验秩和检验。医学统计学ch04-王一任二、变异分解二、变异分解医学统计学ch04-王一任 例例4-2 某某医医生生为为了了研研究究一一种种降降血血脂脂新新药药的的临临床床疗疗效效，按按统统一一纳纳入入标标准准选选择择120名名高高血血脂脂患患者者，采采用用完完全全随随机机设设计计方方法法将将患患者者等等分分为为4组组（具具体体
10、分分组组方方法法见见例例4-1），进进行行双双盲盲试试验验。6周周后后测测得得低低密密度度脂脂蛋蛋白白作作为为试试验验结结果果，见见表表4-3。问问4个个处处理理组组患患者者的的低低密密度脂蛋白含量总体均数有无差别度脂蛋白含量总体均数有无差别?医学统计学ch04-王一任表表4-3 44-3 4个处理组低密度脂蛋白测量值个处理组低密度脂蛋白测量值(mmol/L)(mmol/L)医学统计学ch04-王一任三、分析步骤三、分析步骤H0： 即即4个试验组总体均数相等个试验组总体均数相等 H1：4个试验组总体均数不全相等个试验组总体均数不全相等 2 . 计算检验统计量计算检验统计量:1. 建立检验假设，
11、确定检验水准建立检验假设，确定检验水准:医学统计学ch04-王一任表表4-5 完全随机设计方差分析表完全随机设计方差分析表列方差分析表列方差分析表医学统计学ch04-王一任3. 确定确定P值，作出推断结论：值，作出推断结论： 按按 水水准准，拒拒绝绝H0，接接受受H1，认认为为4个个试试验验组组ldl-c总总体体均均数数不不相相等等，即即不不同同剂剂量量药药物对血脂中物对血脂中ldl-c降低影响有差别。降低影响有差别。医学统计学ch04-王一任注意：注意：方方差差分分析析的的结结果果拒拒绝绝H0，接接受受H1，不不能能说说明明各各组组总总体体均均数数间间两两两两都都有有差差别别。如如果果要要分
12、分析析哪哪些些两两组组间间有有差差别别，可可进进行行多多个个均均数数间间的的多多重重比比较较（见见本本章章第第六六节节）。当当g=2时时，完完全全随随机机设设计计方方差差分分析析与与成成组组设设计计资资料的料的t 检验等价，有检验等价，有 。医学统计学ch04-王一任第三节第三节随机区组设计资料的方差分析随机区组设计资料的方差分析医学统计学ch04-王一任一、随机区组设计一、随机区组设计配伍组设计(randomized block design)先先按按影影响响试试验验结结果果的的非非处处理理因因素素（如如性性别别、体体重重、年年龄龄、职职业业、病病情情、病病程程等等）将将受受试试对对象象配配
13、成成区区组组，再再分分别别将将各各区区组组内内的受试对象随机分配到各处理或对照组。的受试对象随机分配到各处理或对照组。（1 1）随机分组方法）随机分组方法：医学统计学ch04-王一任（2 2）随机区组设计的特点）随机区组设计的特点随随机机分分配配的的次次数数要要重重复复多多次次，每每次次随随机机分分配配都都对对同同一一个个区区组组内内的的受受试试对对象象进进行行，且且各各个个处理组受试对象数量相同，处理组受试对象数量相同，区组内均衡区组内均衡。 在在进进行行统统计计分分析析时时，将将区区组组变变异异离离均均差差平平方方和和从从完完全全随随机机设设计计的的组组内内离离均均差差平平和和中中分分离离
14、出出来来，从从而而减减小小组组内内离离均均差差平平方方和和（误误差差平平方方和），提高了统计检验效率。和），提高了统计检验效率。医学统计学ch04-王一任例例4-3 如何按随机区组设计，分配如何按随机区组设计，分配5 5个区组的个区组的1515只小白鼠接受甲、乙、丙三种抗癌药物？只小白鼠接受甲、乙、丙三种抗癌药物？分分组组方方法法：先先将将小小白白鼠鼠按按体体重重编编号号，体体重重相相近近的的3只只小小白白鼠鼠配配成成一一个个区区组组，见见表表4-6。在在随随机机数数字字表表中中任任选选一一行行一一列列开开始始的的2位位数数作作为为1个个随随机机数数，如如从从第第8行行第第3列列开开始始纪纪录
15、录，见见表表4-6；在在每每个个区区组组内内将将随随机机数数按按大大小小排排序序；各各区区组组中中内内序序号号为为1的的接接受受甲甲药药、序序号号为为2的的接接受受乙乙药药、序序号号为为3的的接接受受丙丙药药，分分配结果见表配结果见表4-6。医学统计学ch04-王一任（3 3）统计方法选择）统计方法选择：1. 正正态态分分布布且且方方差差齐齐同同的的资资料料，应应采采用用单单因因素素方方差差分分析析的的双双向向分分类类方方差差分分析析或或配配对对t检检验（验（g=2）；）；2. 当当不不满满足足方方差差分分析析和和t检检验验条条件件时时，可可对对数数据据 变变 换换 或或 采采 用用 随随 机
16、机 区区 组组 设设 计计 资资 料料 的的Friedman M检验检验。医学统计学ch04-王一任表4-7随机区组设计的试验结果 医学统计学ch04-王一任二、变异分解二、变异分解(1)总变异：总变异：反映所有观察值之间的变异反映所有观察值之间的变异,记为记为SS总总。(2) 处处理理间间变变异异：由由处处理理因因素素的的不不同同水水平平作作用用和和随随机机误差产生的变异，记为误差产生的变异，记为SS处理处理。(3) 区区组组间间变变异异：由由不不同同区区组组作作用用和和随随机机误误差差产产生生的的变异，记为变异，记为SS区组区组.(4) 误误差差变变异异：完完全全由由随随机机误误差差产产生
17、生的的变变异异，记记为为SS误误差差。对总离均差平方和及其自由度的分解，有对总离均差平方和及其自由度的分解，有:医学统计学ch04-王一任 表4-8 随机区组设计资料的方差分析表医学统计学ch04-王一任三、分析步骤三、分析步骤例例4-4 某某研研究究者者采采用用随随机机区区组组设设计计进进行行实实验验，比比较较三三种种抗抗癌癌药药物物对对小小白白鼠鼠肉肉瘤瘤抑抑瘤瘤效效果果，先先将将15只只染染有有肉肉瘤瘤小小白白鼠鼠按按体体重重大大小小配配成成5个个区区组组，每每个个区区组组内内3只只小小白白鼠鼠随随机机接接受受三三种种抗抗癌癌药药物物（具具体体分分配配方方法法见见例例4-3），以以肉肉瘤
18、瘤的的重重量量为为指指标标，试试验验结结果果见见表表4-9。问问三三种不同的药物的抑瘤效果有无差别？种不同的药物的抑瘤效果有无差别？医学统计学ch04-王一任 表表4-9 不同药物作用后小白鼠肉瘤重量不同药物作用后小白鼠肉瘤重量（g g） 医学统计学ch04-王一任H0： ，即三种不同药物作用后，即三种不同药物作用后 小白鼠肉瘤重量的小白鼠肉瘤重量的总体均数相等总体均数相等 H1：三种不同药物作用后小白鼠肉瘤重：三种不同药物作用后小白鼠肉瘤重 量的量的总体均数不全相等总体均数不全相等医学统计学ch04-王一任 据据 1=2、 2=8查附表查附表3的的F界值表，得界值表，得 在在=0.05的的水
19、水准准上上，拒拒绝绝H0，接接受受H1，认认为为三三种种不不同同药药物物作作用用后后小小白白鼠鼠肉肉瘤瘤重重量量的的总总体体均均数数不不全全相相等等，即即不不同同药药物物的的抑抑瘤瘤效效果果有有差差别别。同同理可对区组间的差别进行检验。理可对区组间的差别进行检验。医学统计学ch04-王一任注意：注意：方方差差分分析析的的结结果果拒拒绝绝H0，接接受受H1，不不能能说说明明各各组组总总体体均均数数间间两两两两都都有有差差别别。如如果果要要分分析析哪哪些些两两组组间间有有差差别别，可可进进行行多多个个均均数数间间的的多多重重比比较较（见见本本章章第第六六节节）。当当g=2时时，随随机机区区组组设设
20、计计方方差差分分析析与与配配对对设设计计资资料的料的t 检验等价，有检验等价，有 。医学统计学ch04-王一任 随随机机区区组组设设计计确确定定区区组组应应是是对对试试验验结结果果有有影影响响的的非非处处理理因因素素。区区组组内内各各试试验验对对象象应应均均衡衡，区区组组之之间间试试验验对对象象具具有有较较大大的的差差异异为为好好，这这样样利利用用区区组组控控制制非非处处理理因因素素的的影影响响，并并在在方方差差分分析析时时将将区区组组间间的的变变异异从从组内变异中分解出来。组内变异中分解出来。 因因此此，当当区区组组间间差差别别有有统统计计学学意意义义时时，这这种种设设计计的的误误差差比比完
21、完全全随随机机设设计计小小，试试验验效率得以提高。效率得以提高。医学统计学ch04-王一任第四节拉丁方设计资料的方差分析拉丁方设计资料的方差分析 （不讲（不讲）医学统计学ch04-王一任第五节两阶段交叉设计资料的方差分析两阶段交叉设计资料的方差分析 （不讲）（不讲） 医学统计学ch04-王一任第六节多个样本均数间的多重比较多个样本均数间的多重比较 （multiplecomparison）医学统计学ch04-王一任多重比较不能用两样本均数比较多重比较不能用两样本均数比较的的 t t 检验检验！若用两样本均数比较的若用两样本均数比较的t 检验进行检验进行多重比较，将会加大犯多重比较，将会加大犯类错
22、误（把本类错误（把本无差别的两个总体均数判为有差别）无差别的两个总体均数判为有差别）的概率。的概率。医学统计学ch04-王一任例例 如如 ， 有有 4个个 样样 本本 均均 数数 ， 两两 两两 组组 合合 数数 为为 ，若若用用 t 检检验验做做6次次比比较较，且且每每次次比比较较的的检检验验水水准准定定为为=0.05，则则每每次次比比较较不不犯犯类类错错误误的的概概率率为为（10.05），6次次均均不不犯犯类类错错误误的的概概率率为为 ，这这时时，总总的的检检验验水水准准变变为为 ，远远比比0.05大大。因因此此，样样本本均均数数间间的的多多重重比比较较不能用两样本均数比较的不能用两样本均
23、数比较的 t 检验。检验。医学统计学ch04-王一任适用条件：当当方方差差分分析析的的结结果果为为拒拒绝绝H0，接接受受H1时时，只只说说明明g个个总总体体均均数数不不全全相相等等。若若想想进进一一步步了了解解哪哪些些两两个个总总体体均均数数不不等等，需需进进行行多多个个样样本本均均数数间的两两比较或称多重比较。间的两两比较或称多重比较。医学统计学ch04-王一任一、一、LSD-t检验检验（leastsignificantdifference）适用范围：一对或几对在专业上有特殊适用范围：一对或几对在专业上有特殊 意义的样本均数间的比较。意义的样本均数间的比较。医学统计学ch04-王一任检验统计
24、量检验统计量t的计算公式为的计算公式为式中医学统计学ch04-王一任注意：注意：医学统计学ch04-王一任例例4-7 对例对例4-2资料，问高血脂资料，问高血脂患者的降血脂新药患者的降血脂新药2.4g组、组、4.8g组、组、7.2g组与安慰剂组的低密度脂蛋白组与安慰剂组的低密度脂蛋白含量总体均数有无差别？含量总体均数有无差别？医学统计学ch04-王一任 ，即降血脂新药，即降血脂新药2.4g组与安慰剂组与安慰剂 组的低密度脂蛋白含量总体均数相等组的低密度脂蛋白含量总体均数相等 ， 即降血脂新药即降血脂新药2.4g组与安慰剂组与安慰剂 组的低密度脂蛋白含量总体均数不等组的低密度脂蛋白含量总体均数不
25、等=0.05降血脂新药降血脂新药2.4g2.4g组与安慰剂组的比较：组与安慰剂组的比较：医学统计学ch04-王一任 新药新药4.8g组组VS安慰剂组安慰剂组: LSD-t为为-4.29 7.2g组组VS安慰剂组安慰剂组: LSD-t 为为-8.59。 同理：同理：按按 水准，降血脂新药水准，降血脂新药4.8g组、组、7.2g组与安慰剂组间差别有统计学意义。组与安慰剂组间差别有统计学意义。医学统计学ch04-王一任二、二、Dunnett- t 检验检验适用条件：适用条件：g-1个实验组与一个对照组均个实验组与一个对照组均数差别的多重比较，检验统计量数差别的多重比较，检验统计量Dunnett-t
26、有专门的界值表有专门的界值表(附表附表5) 。 医学统计学ch04-王一任式中计算公式为：Dunnett-医学统计学ch04-王一任例例4-8 对例对例4-2资料，问高血脂患者的资料，问高血脂患者的三个不同剂量降血脂新药组与安慰剂组的低三个不同剂量降血脂新药组与安慰剂组的低密度脂蛋白含量总体均数是否有差别？密度脂蛋白含量总体均数是否有差别？H0：i=0，即各实验组与安慰剂组的低密度即各实验组与安慰剂组的低密度 脂蛋白含脂蛋白含 量总体均数相等量总体均数相等H1：i 0，即各实验组与安慰剂组的低密度即各实验组与安慰剂组的低密度 脂蛋白含量总体均数不等脂蛋白含量总体均数不等=0.05医学统计学ch
27、04-王一任Dunnett-Dunnett-Dunnett-医学统计学ch04-王一任三、SNK-q检验（Student-Newman-Keuls）适用于多个样本均数两两之间的全面比较。医学统计学ch04-王一任检验统计量q的计算公式为医学统计学ch04-王一任例例4-9 对例对例4-4资料，问三种不同药物资料，问三种不同药物的抑瘤效果两两之间是否有差别？的抑瘤效果两两之间是否有差别？H0：A=B，即任两对比较组的总体均数相等即任两对比较组的总体均数相等H1：AB，即任两对比较组的总体均数不相等即任两对比较组的总体均数不相等=0.05医学统计学ch04-王一任将三个样本均数由小到大排列，并编组
28、次：将三个样本均数由小到大排列，并编组次：医学统计学ch04-王一任 列列出出对对比比组组，并并计计算算两两对对比比组组的的均均数数之之差，写出两对比组包含的组数差，写出两对比组包含的组数a a。 已已知知=8=8和和a a，查查附附表表4 4的的q q界界值值，得得出出相相应的应的q q界值。界值。 以以实实际际的的q q值值和和相相应应的的q q界界值值作作比比较较，确确定对应的定对应的P P值值 。医学统计学ch04-王一任表4-15多个均数两两比较值医学统计学ch04-王一任结论：结论：可认为可认为A A药和药和B B药、药、C C药的抑瘤药的抑瘤 效果有差别，还不能认为效果有差别，还
29、不能认为B B药和药和C C药的药的抑瘤效果有差别。抑瘤效果有差别。医学统计学ch04-王一任第七节多样本方差比较的Bartlett检验和Levene检验医学统计学ch04-王一任在在进进行行方方差差分分析析时时要要求求所所对对比比的的各各组组即即各各样样本本的的总总体体方方差差必必须须是是相相等等的的，这这一一般般需需要要在在作作方方差差分分析析之之前前，先先对对资资料料的的的的方方差差齐齐性性进进行行检检验验，特特别别是是在在样样本本方方差差相相差差悬殊时，应注意这个问题。悬殊时，应注意这个问题。 对对两两样样本本方方差差进进行行齐齐性性检检验验的的方方法法前前已已介介绍绍。本本节节介介绍
30、绍多多样样本本（也也适适用用于于两两样样本本）方方差差齐齐性性检检验验的的BartlettBartlett检检验验法法和和LeveneLevene检验法检验法。医学统计学ch04-王一任一、Bartlett检验医学统计学ch04-王一任表4-17例4-2的方差齐性检验表医学统计学ch04-王一任医学统计学ch04-王一任二、 Levene检验资料要求：可不具有正态性。资料要求：可不具有正态性。检验统计量：检验统计量：W计算公式：计算公式：医学统计学ch04-王一任式中式中医学统计学ch04-王一任检验步骤：检验步骤：医学统计学ch04-王一任第四章练习题一、最佳选择题一、最佳选择题全做全做二、计算分析题二、计算分析题 第第1 1、3 3、7 7题题医学统计学ch04-王一任医学统计学ch04-王一任
