試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述

試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一教學(xué)內(nèi)容第一章試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述第二章SAS軟件簡介及應(yīng)用第三章單、復(fù)因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析第四章正交設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析第五章相關(guān)分析和回歸分析第六章回歸設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析第七章均勻設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析第八章協(xié)方差分析第九章多元統(tǒng)計(jì)分析案例第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一第一章試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述第一節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本概念第二節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理第三節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的程序與試驗(yàn)計(jì)劃的制定第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一&1.1試驗(yàn)的基本概念

一、總體和樣本1.總體：據(jù)研究目的確定的研究對(duì)象的全體．個(gè)體：總體中的一個(gè)研究單位稱個(gè)體。總體分：有限總體和無限總體。２.樣本：總體的一部分稱為樣本。樣本容量：樣本中所包含的個(gè)體數(shù)目叫樣本容量（記為n）樣本是集團(tuán)的縮影，但不等于集團(tuán)，抽樣是一種手段。第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一隨機(jī)樣本1234無窮個(gè)樣本總體

第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一二、試驗(yàn)指標(biāo)、因素、水平、處理1.試驗(yàn)指標(biāo)：衡量試驗(yàn)處理效果的指示性狀。2.試驗(yàn)因素：指試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有影響，在試驗(yàn)中需要加以考察的各種條件，簡稱為因素或因子。3.水平：

因素內(nèi)的不同狀態(tài)或者數(shù)量等級(jí)稱為水平。4.試驗(yàn)處理：指事先設(shè)計(jì)好的實(shí)施在試驗(yàn)單位上的一種具體措施或試驗(yàn)中的具體比較項(xiàng)目叫做處理。5.試驗(yàn)單位：提供一個(gè)處理所用的具有隨機(jī)誤差的一個(gè)觀察值的獨(dú)立單位或施加處理的材料單位，稱為一個(gè)試驗(yàn)單元（或小區(qū)）。

第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一試驗(yàn)指標(biāo)（響應(yīng)變量）

只有一個(gè)響應(yīng)變量的統(tǒng)計(jì)分析稱為單變?cè)y(tǒng)計(jì)分析，含有兩個(gè)以上響應(yīng)變量的統(tǒng)計(jì)分析方法稱為多元統(tǒng)計(jì)分析。

試驗(yàn)的結(jié)果往往是以數(shù)據(jù)的形式表達(dá)的，我們將衡量試驗(yàn)結(jié)果好壞的指標(biāo)或性狀稱為響應(yīng)變量。其中能夠以數(shù)值表示的性狀稱為定量的響應(yīng)變量,如橡膠樹的株高、莖圍、膠乳量、干膠含量等。當(dāng)試驗(yàn)的結(jié)果呈現(xiàn)屬性變化，不能用測量或稱量的方法表示，而只能分門別類處理所得的數(shù)據(jù)稱為定性數(shù)據(jù),如橡膠樹死皮的級(jí)別、風(fēng)害程度等。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一試驗(yàn)因子（因素）

如橡膠樹抗風(fēng)性試驗(yàn)中，品種是試驗(yàn)的因子。同樣在橡膠苗圃肥料試驗(yàn)中，肥料是試驗(yàn)的因子，如果考慮施用氮、磷、鉀三種不同的肥料，則試驗(yàn)的因子有三個(gè)。

影響試驗(yàn)結(jié)果的因子往往很多，但在試驗(yàn)時(shí)僅能挑選少數(shù)的幾個(gè)可控因子進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)因子的挑選，一是可以借鑒已有試驗(yàn)的結(jié)果；其次可依據(jù)專業(yè)知識(shí)背景；三是把試驗(yàn)分為不同的階段進(jìn)行，在試驗(yàn)的初始階段可進(jìn)行探索性試驗(yàn)（如正交試驗(yàn)），從中挑選出主要的因子，然后再做進(jìn)一步的試驗(yàn)。注意第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一試驗(yàn)設(shè)計(jì)指對(duì)試驗(yàn)因素作合理的、有效的安排,最大限度地減少試驗(yàn)誤差,使之達(dá)到高效、快速、準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)的目的。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)可根據(jù)試驗(yàn)中因子的個(gè)數(shù)分為單因子試驗(yàn)和復(fù)因子試驗(yàn).第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

【例如】

研究不同品種在不同氮肥施用量下的產(chǎn)量表現(xiàn)：品種：A1、A2、A3

施氮等級(jí)：B1、B2該試驗(yàn)就會(huì)有六種水平組合（處理）：

A1B1、A1B2、A2B1、A2B2、A3B1、A3B2【例如】

研究A1、A2、A3、A4、A5

不同品種的產(chǎn)量表現(xiàn)。在單因素試中，每一個(gè)水平就是一個(gè)處理。在多因素試驗(yàn)中，每一個(gè)水平組合(處理組合）是一個(gè)處理。第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一單、復(fù)因子試驗(yàn)作用區(qū)別:

單因子試驗(yàn)，解決該因子水平間的比較問題。復(fù)因子試驗(yàn)不僅要了解各個(gè)因子自身水平間的比較問題，還要了解因子之間的相互作用問題，找出最有效的措施，且精度較高的優(yōu)點(diǎn)。第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

在試驗(yàn)的過程中,難免會(huì)遇到諸如土壤肥力梯度的不同、風(fēng)力走向和原料批次等環(huán)境因素的影響。

此外，有針對(duì)因子和水平數(shù)較多的正交設(shè)計(jì)、回歸設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和均勻設(shè)計(jì)等試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

依據(jù)試驗(yàn)中環(huán)境控制因子的數(shù)目，可分為單方向控制、雙方向控制和多方向控制試驗(yàn)，如隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、雙向隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、希臘拉丁方設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分組設(shè)計(jì)等。根據(jù)區(qū)組中包括處理數(shù)目分為完全區(qū)組設(shè)計(jì)和不完全區(qū)組設(shè)計(jì)。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理一、重復(fù)（replication)(1)重復(fù):指每一個(gè)處理有兩個(gè)或兩個(gè)以上試驗(yàn)單元。(2)重復(fù)數(shù):指試驗(yàn)中同一個(gè)處理所占的小區(qū)數(shù)。

(3)重復(fù)的作用：a.估計(jì)試驗(yàn)誤差。當(dāng)因子諸水平或若干因子的諸水平組合的效應(yīng)之間的差異超過誤差時(shí),才能對(duì)它們的優(yōu)劣做出比較和選擇。b.減少試驗(yàn)誤差。第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一二、隨機(jī)化（randomization）（1）隨機(jī)化：是指試驗(yàn)中每一個(gè)處理都有同等的機(jī)會(huì)實(shí)施安排在任何一個(gè)試驗(yàn)單元上，即試驗(yàn)所用的儀器、試驗(yàn)材料、試驗(yàn)操作人員以及試驗(yàn)單元等的執(zhí)行順序都要隨機(jī)地確定。(2)隨機(jī)排列的作用:在于正確估計(jì)試驗(yàn)誤差。

隨機(jī)化是試驗(yàn)設(shè)計(jì)所得數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析的基石第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一三、局部控制局部控制（localcontrol）亦稱區(qū)組化（blocking）：是將試驗(yàn)單元按環(huán)境控制因子進(jìn)行區(qū)組劃分，實(shí)行局部控制，使同一區(qū)組內(nèi)的試驗(yàn)單元間環(huán)境因子保持一致，以保證同一區(qū)組中局部范圍內(nèi)單元間誤差的同質(zhì)性。

試驗(yàn)材料的不同批次、不同地點(diǎn)、不同時(shí)間以及不同的操作人員等都可以看成是區(qū)組。局部控制能排除試驗(yàn)材料間等非處理引起的變異，同時(shí)可減少試驗(yàn)誤差，增加處理效應(yīng)估計(jì)的精度。作用：進(jìn)一步減少試驗(yàn)誤差區(qū)組化原則：要求同一區(qū)組內(nèi)環(huán)境條件一致，即同質(zhì)性；不同區(qū)組允許有異質(zhì)的差異。第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一局部控制根據(jù)試驗(yàn)的地點(diǎn)和試驗(yàn)的目的而有所變化

如在坡嶺地帶進(jìn)行橡膠試驗(yàn)，如果試驗(yàn)的目的是比較不同品系的產(chǎn)量，則圖1—1所示的區(qū)組設(shè)計(jì)是錯(cuò)誤的區(qū)組設(shè)計(jì).坡頂處理1處理a處理2處理2處理2處理a………坡底處理a處理1處理1區(qū)組Ⅰ區(qū)組Ⅱ區(qū)組Ⅲ

圖1—1橡膠品系產(chǎn)量比較試驗(yàn)錯(cuò)誤的區(qū)組設(shè)計(jì)第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一圖1—2所示的區(qū)組設(shè)計(jì)是正確的區(qū)組設(shè)計(jì)坡頂處理1處理2…處理a區(qū)組Ⅰ處理2處理a…處理1區(qū)組Ⅱ坡底處理a處理1…處理2區(qū)組Ⅲ

圖1—2

橡膠品系產(chǎn)量比較試驗(yàn)正確的區(qū)組設(shè)計(jì)第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一判斷下面2設(shè)計(jì)圖，？正確處理1處理a處理2處理2處理2處理a………處理a處理1處理1風(fēng)向區(qū)組Ⅰ區(qū)組Ⅱ區(qū)組Ⅲ

圖1—3橡膠品系抗風(fēng)性比較試驗(yàn)的區(qū)組設(shè)計(jì)處理1處理2…處理a區(qū)組Ⅰ處理2處理a…處理1區(qū)組Ⅱ風(fēng)向處理a處理1…處理2區(qū)組Ⅲ

圖1—4橡膠品系抗風(fēng)性比較試驗(yàn)的區(qū)組設(shè)計(jì)試驗(yàn)的目的要比較不同橡膠品系的抗風(fēng)性第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一例：有一6品種、重復(fù)3次的產(chǎn)量比較試驗(yàn)，欲在一塊土壤肥力南北走向的試驗(yàn)地進(jìn)行，如何合理安排小區(qū)。土壤肥力梯度方向肥瘦區(qū)組1區(qū)組2區(qū)組3ACDEBFFAEDCBDBEAFC第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一**三者關(guān)系：重復(fù)是是基本、隨機(jī)排列最重要，要做好田間試驗(yàn)必須貫徹三原則。重復(fù)隨機(jī)局部控制無偏的試驗(yàn)誤差估計(jì)降低試驗(yàn)誤差圖2.2田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)三個(gè)基本原則的關(guān)系和作用第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

試驗(yàn)程序可分為初級(jí)試驗(yàn)階段、高級(jí)試驗(yàn)階段和生產(chǎn)性試驗(yàn)階段,它意味著由淺入深,由試驗(yàn)逐步到推廣的幾個(gè)階段。第三節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的程序與試驗(yàn)計(jì)劃的制定一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的程序

初級(jí)試驗(yàn)階段是對(duì)某些品種或處理進(jìn)行探索性試驗(yàn)，其特點(diǎn)是品種或處理數(shù)多，小區(qū)參試株數(shù)少，重復(fù)次數(shù)也少。主要有對(duì)照試驗(yàn)、比較試驗(yàn)、篩選試驗(yàn)等，其目的是在眾多的因素中明確關(guān)鍵因素或優(yōu)良水平。由于初級(jí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)粗放、重復(fù)次數(shù)少，因此試驗(yàn)誤差較大，精度不高，而只是探索其優(yōu)劣趨勢而已。1．初級(jí)試驗(yàn)階段第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

高級(jí)試驗(yàn)階段是經(jīng)初級(jí)試驗(yàn)后篩選出來的品系或處理繼續(xù)進(jìn)行的比較精密的一種試驗(yàn)，這一階段主要是多因子的析因試驗(yàn)和優(yōu)化試驗(yàn)，以深入分析主要因子的效應(yīng)、交互作用以及尋找最佳的試驗(yàn)措施。2．高級(jí)試驗(yàn)階段3．生產(chǎn)性試驗(yàn)階段

生產(chǎn)性試驗(yàn)是試驗(yàn)到大面積生產(chǎn)的過渡，是高級(jí)試驗(yàn)的繼續(xù)和補(bǔ)充，是擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，增加試驗(yàn)代表性的重要途徑。通過生產(chǎn)上廣泛的小規(guī)模試驗(yàn)，多點(diǎn)重復(fù)，反復(fù)驗(yàn)證，就能更有把握地推廣試驗(yàn)結(jié)果，直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

在開始試驗(yàn)之前要提出所研究的問題,確定研究的對(duì)象和目標(biāo).二、試驗(yàn)方案的制定與實(shí)施

提出問題之后,接著要了解各種因子對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,分析因子的主次輕重,從中挑選出試驗(yàn)的關(guān)鍵因子與水平.

要確定試驗(yàn)的總次數(shù)，首先要明確試驗(yàn)中必須包括哪些水平組合，其次要考慮試驗(yàn)所處環(huán)境因素的影響，最后要兼顧試驗(yàn)材料、人力、試驗(yàn)時(shí)間的長短等諸多因素。1．明確試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)2．確定試驗(yàn)因子與水平3．確定試驗(yàn)的總次數(shù)第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期一

要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)的條件、試驗(yàn)的環(huán)境等因素來決