試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理第二全書

（優(yōu)選）試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理第二版全書當(dāng)前第1頁\共有322頁\編于星期五\14點引言當(dāng)前第2頁\共有322頁\編于星期五\14點0.1試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的發(fā)展概況20世紀20年代，英國生物統(tǒng)計學(xué)家及數(shù)學(xué)家費歇（R．A．Fisher）提出了方差分析

20世紀50年代，日本統(tǒng)計學(xué)家田口玄一將試驗設(shè)計中應(yīng)用最廣的正交設(shè)計表格化數(shù)學(xué)家華羅庚教授也在國內(nèi)積極倡導(dǎo)和普及的“優(yōu)選法”我國數(shù)學(xué)家王元和方開泰于1978年首先提出了均勻設(shè)計

當(dāng)前第3頁\共有322頁\編于星期五\14點0.2試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的意義0.2.1試驗設(shè)計的目的:合理地安排試驗,力求用較少的試驗次數(shù)獲得較好結(jié)果

例：某試驗研究了3個影響因素：

A：A1，A2，A3B：B1，B2，B3C：C1，C2，C3

全面試驗：27次正交試驗：9次當(dāng)前第4頁\共有322頁\編于星期五\14點0.2.2數(shù)據(jù)處理的目的通過誤差分析，評判試驗數(shù)據(jù)的可靠性；確定影響試驗結(jié)果的因素主次，抓住主要矛盾，提高試驗效率；確定試驗因素與試驗結(jié)果之間存在的近似函數(shù)關(guān)系，并能對試驗結(jié)果進行預(yù)測和優(yōu)化；試驗因素對試驗結(jié)果的影響規(guī)律，為控制試驗提供思路；確定最優(yōu)試驗方案或配方。當(dāng)前第5頁\共有322頁\編于星期五\14點第1章試驗數(shù)據(jù)的誤差分析當(dāng)前第6頁\共有322頁\編于星期五\14點誤差分析（erroranalysis）：對原始數(shù)據(jù)的可靠性進行客觀的評定誤差（error）：試驗中獲得的試驗值與它的客觀真實值在數(shù)值上的不一致試驗結(jié)果都具有誤差，誤差自始至終存在于一切科學(xué)實驗過程中客觀真實值——真值當(dāng)前第7頁\共有322頁\編于星期五\14點1.1真值與平均值1.1.1真值（truevalue）真值：在某一時刻和某一狀態(tài)下，某量的客觀值或?qū)嶋H值

真值一般是未知的相對的意義上來說，真值又是已知的平面三角形三內(nèi)角之和恒為180°國家標準樣品的標稱值國際上公認的計量值

高精度儀器所測之值多次試驗值的平均值當(dāng)前第8頁\共有322頁\編于星期五\14點1.1.2平均值（mean）（1）算術(shù)平均值（arithmeticmean）

等精度試驗值適合：

試驗值服從正態(tài)分布當(dāng)前第9頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）加權(quán)平均值(weightedmean)適合不同試驗值的精度或可靠性不一致時wi——權(quán)重加權(quán)和當(dāng)前第10頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）對數(shù)平均值（logarithmicmean）說明：若數(shù)據(jù)的分布具有對數(shù)特性，則宜使用對數(shù)平均值對數(shù)平均值≤算術(shù)平均值如果1/2≤x1/x2≤2時，可用算術(shù)平均值代替設(shè)兩個數(shù)：x1＞0，x2

＞0，則當(dāng)前第11頁\共有322頁\編于星期五\14點（4）幾何平均值（geometricmean）當(dāng)一組試驗值取對數(shù)后所得數(shù)據(jù)的分布曲線更加對稱時，宜采用幾何平均值。幾何平均值≤算術(shù)平均值設(shè)有n個正試驗值：x1，x2，…，xn，則當(dāng)前第12頁\共有322頁\編于星期五\14點（5）調(diào)和平均值（harmonicmean）常用在涉及到與一些量的倒數(shù)有關(guān)的場合調(diào)和平均值≤幾何平均值≤算術(shù)平均值設(shè)有n個正試驗值：x1，x2，…，xn，則：當(dāng)前第13頁\共有322頁\編于星期五\14點1.2誤差的基本概念1.2.1絕對誤差（absoluteerror）（1）定義

絕對誤差＝試驗值－真值或（2）說明真值未知，絕對誤差也未知

可以估計出絕對誤差的范圍：絕對誤差限或絕對誤差上界或當(dāng)前第14頁\共有322頁\編于星期五\14點絕對誤差估算方法：最小刻度的一半為絕對誤差；最小刻度為最大絕對誤差；根據(jù)儀表精度等級計算：絕對誤差=量程×精度等級%當(dāng)前第15頁\共有322頁\編于星期五\14點1.2.2相對誤差（relativeerror）（1）定義：或

或（2）說明：真值未知，常將Δx與試驗值或平均值之比作為相對誤差：或當(dāng)前第16頁\共有322頁\編于星期五\14點可以估計出相對誤差的大小范圍：相對誤差限或相對誤差上界相對誤差常常表示為百分數(shù)（%）或千分數(shù)（‰）∴當(dāng)前第17頁\共有322頁\編于星期五\14點1.2.3算術(shù)平均誤差(averagediscrepancy)定義式：可以反映一組試驗數(shù)據(jù)的誤差大小試驗值與算術(shù)平均值之間的偏差——當(dāng)前第18頁\共有322頁\編于星期五\14點1.2.4標準誤差(standarderror)當(dāng)試驗次數(shù)n無窮大時，總體標準差：

試驗次數(shù)為有限次時，樣本標準差：表示試驗值的精密度，標準差↓，試驗數(shù)據(jù)精密度↑當(dāng)前第19頁\共有322頁\編于星期五\14點

（1）定義：以不可預(yù)知的規(guī)律變化著的誤差，絕對誤差時正時負，時大時小（2）產(chǎn)生的原因：偶然因素（3）特點：具有統(tǒng)計規(guī)律小誤差比大誤差出現(xiàn)機會多正、負誤差出現(xiàn)的次數(shù)近似相等當(dāng)試驗次數(shù)足夠多時，誤差的平均值趨向于零可以通過增加試驗次數(shù)減小隨機誤差隨機誤差不可完全避免的

1.3.1隨機誤差（randomerror）1.3試驗數(shù)據(jù)誤差的來源及分類當(dāng)前第20頁\共有322頁\編于星期五\14點1.3.2系統(tǒng)誤差（systematicerror）

（1）定義：一定試驗條件下，由某個或某些因素按照某一確定的規(guī)律起作用而形成的誤差（2）產(chǎn)生的原因：多方面（3）特點：系統(tǒng)誤差大小及其符號在同一試驗中是恒定的它不能通過多次試驗被發(fā)現(xiàn)，也不能通過取多次試驗值的平均值而減小只要對系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因有了充分的認識，才能對它進行校正，或設(shè)法消除。

當(dāng)前第21頁\共有322頁\編于星期五\14點1.3.3過失誤差（mistake）（1）定義：

一種顯然與事實不符的誤差（2）產(chǎn)生的原因：

實驗人員粗心大意造成

（3）特點：可以完全避免沒有一定的規(guī)律

當(dāng)前第22頁\共有322頁\編于星期五\14點1.4.1精密度（precision）（1）含義：反映了隨機誤差大小的程度在一定的試驗條件下，多次試驗值的彼此符合程度

例：甲：11.45，11.46，11.45，11.44

乙：11.39，11.45，11.48，11.50（2）說明：可以通過增加試驗次數(shù)而達到提高數(shù)據(jù)精密度的目的試驗數(shù)據(jù)的精密度是建立在數(shù)據(jù)用途基礎(chǔ)之上的試驗過程足夠精密，則只需少量幾次試驗就能滿足要求1.4試驗數(shù)據(jù)的精準度

當(dāng)前第23頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）精密度判斷①極差（range）②標準差（standarderror）R↓，精密度↑標準差↓，精密度↑當(dāng)前第24頁\共有322頁\編于星期五\14點③方差（variance）

標準差的平方：樣本方差（s2

）總體方差（σ2

）方差↓，精密度↑當(dāng)前第25頁\共有322頁\編于星期五\14點1.4.2正確度（correctness）

（1）含義：反映系統(tǒng)誤差的大小（2）正確度與精密度的關(guān)系：

精密度不好，但當(dāng)試驗次數(shù)相當(dāng)多時，有時也會得到好的正確度

精密度高并不意味著正確度也高

（a）（b）（c）當(dāng)前第26頁\共有322頁\編于星期五\14點1.4.3準確度（accuracy）（1）含義：反映了系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合表示了試驗結(jié)果與真值的一致程度（2）三者關(guān)系無系統(tǒng)誤差的試驗精密度：A＞B＞C正確度：A＝B＝C準確度：A＞B＞C當(dāng)前第27頁\共有322頁\編于星期五\14點有系統(tǒng)誤差的試驗精密度：A＇＞B＇＞C＇準確度：A＇＞B＇＞C＇，A＇＞B，C當(dāng)前第28頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.1隨機誤差的檢驗

1.5試驗數(shù)據(jù)誤差的統(tǒng)計假設(shè)檢驗

1.5.1.1檢驗（

-test）

（1）目的：對試驗數(shù)據(jù)的隨機誤差或精密度進行檢驗。在試驗數(shù)據(jù)的總體方差已知的情況下，（2）檢驗步驟：若試驗數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，則①計算統(tǒng)計量當(dāng)前第29頁\共有322頁\編于星期五\14點②查臨界值

服從自由度為的分布顯著性水平——一般取0.01或0.05，表示有顯著差異的概率雙側(cè)（尾）檢驗(two-sided/tailedtest)：③檢驗若則判斷兩方差無顯著差異，否則有顯著差異當(dāng)前第30頁\共有322頁\編于星期五\14點單側(cè)（尾）檢驗(one-sided/tailedtest)：左側(cè)（尾）檢驗：則判斷該方差與原總體方差無顯著減小，否則有顯著減小右側(cè)（尾）檢驗則判斷該方差與原總體方差無顯著增大，否則有顯著增大若若（3）Excel在檢驗中的應(yīng)用

當(dāng)前第31頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.1.2F檢驗(F-test)

（1）目的：

對兩組具有正態(tài)分布的試驗數(shù)據(jù)之間的精密度進行比較

（2）檢驗步驟①計算統(tǒng)計量設(shè)有兩組試驗數(shù)據(jù)：都服從正態(tài)分布，樣本方差分別為和和，則第一自由度為第二自由度為服從F分布，當(dāng)前第32頁\共有322頁\編于星期五\14點②查臨界值給定的顯著水平α查F分布表臨界值雙側(cè)（尾）檢驗(two-sided/tailedtest)：③檢驗若則判斷兩方差無顯著差異，否則有顯著差異當(dāng)前第33頁\共有322頁\編于星期五\14點單側(cè)（尾）檢驗(one-sided/tailedtest)：左側(cè)（尾）檢驗：則判斷該判斷方差1比方差2無顯著減小，否則有顯著減小

右側(cè)（尾）檢驗則判斷該方差1比方差2無顯著增大，否則有顯著增大

若若（3）Excel在F檢驗中的應(yīng)用

當(dāng)前第34頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.2系統(tǒng)誤差的檢驗1.5.2.1t檢驗法（1）平均值與給定值比較①目的：檢驗服從正態(tài)分布數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值是否與給定值有顯著差異②檢驗步驟：計算統(tǒng)計量：服從自由度的t分布(t-distribution)——給定值（可以是真值、期望值或標準值）當(dāng)前第35頁\共有322頁\編于星期五\14點雙側(cè)檢驗：若則可判斷該平均值與給定值無顯著差異，否則就有顯著差異單側(cè)檢驗左側(cè)檢驗若且則判斷該平均值與給定值無顯著減小，否則有顯著減小右側(cè)檢驗若且則判斷該平均值與給定值無顯著增大，否則有顯著增大當(dāng)前第36頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）兩個平均值的比較目的：判斷兩組服從正態(tài)分布數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值有無顯著差異①計算統(tǒng)計量：兩組數(shù)據(jù)的方差無顯著差異時服從自由度的t分布s——合并標準差：當(dāng)前第37頁\共有322頁\編于星期五\14點兩組數(shù)據(jù)的精密度或方差有顯著差異時服從t分布，其自由度為：②t檢驗當(dāng)前第38頁\共有322頁\編于星期五\14點雙側(cè)檢驗：若則可判斷兩平均值無顯著差異，否則就有顯著差異單側(cè)檢驗左側(cè)檢驗若且則判斷該平均值1較平均值2無顯著減小，否則有顯著減小右側(cè)檢驗若且則判斷該平均值1較平均值2無顯著增大，否則有顯著增大當(dāng)前第39頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）成對數(shù)據(jù)的比較目的：試驗數(shù)據(jù)是成對出現(xiàn)，判斷兩種方法、兩種儀器或兩分析人員的測定結(jié)果之間是否存在系統(tǒng)誤差①計算統(tǒng)計量：

——成對測定值之差的算術(shù)平均值：——零或其他指定值——n對試驗值之差值的樣本標準差：服從自由度為的t分布當(dāng)前第40頁\共有322頁\編于星期五\14點②t檢驗若否則兩組數(shù)據(jù)之間存在顯著的系統(tǒng)誤差，則成對數(shù)據(jù)之間不存在顯著的系統(tǒng)誤差，（4）Excel在t檢驗中的應(yīng)用

當(dāng)前第41頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.2.2秩和檢驗法（ranksumtest）（1）目的：兩組數(shù)據(jù)或兩種試驗方法之間是否存在系統(tǒng)誤差、兩種方法是否等效等，不要求數(shù)據(jù)具有正態(tài)分布（2）內(nèi)容：設(shè)有兩組試驗數(shù)據(jù)，相互獨立，n1，n2分別是兩組數(shù)據(jù)的個數(shù)，總假定n1≤n2；將這個試驗數(shù)據(jù)混在一起，按從小到大的次序排列每個試驗值在序列中的次序叫作該值的秩（rank）將屬于第1組數(shù)據(jù)的秩相加，其和記為R1

R1——第1組數(shù)據(jù)的秩和（ranksum）如果兩組數(shù)據(jù)之間無顯著差異，則R1就不應(yīng)該太大或太小當(dāng)前第42頁\共有322頁\編于星期五\14點查秩和臨界值表：根據(jù)顯著性水平和n1，n2，可查得R1的上下限T2和T1

檢驗：如果R1＞T2

或R1

＜T1，則認為兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，另一組數(shù)據(jù)有系統(tǒng)誤差如果T1＜R1＜T2，則兩組數(shù)據(jù)無顯著差異，另一組數(shù)據(jù)也無系統(tǒng)誤差

當(dāng)前第43頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）例：

設(shè)甲、乙兩組測定值為：

甲：8.6，10.0，9.9，8.8，9.1，9.1

乙：8.7，8.4，9.2，8.9，7.4，8.0，7.3，8.1，6.8

已知甲組數(shù)據(jù)無系統(tǒng)誤差，試用秩和檢驗法檢驗乙組測定值是否有系統(tǒng)誤差。（＝0.05）解:（1）排序：秩1234567891011.511.5131415甲8.68.89.19.19.910.0乙6.87.37.48.08.18.48.78.99.2當(dāng)前第44頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）求秩和R1

R1=7＋9＋11.5＋11.5＋14＋15＝68（3）查秩和臨界值表對于＝0.05，n1=6，n2=9得T1=33，T2＝63，∴R1＞T2

故：兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，乙組測定值有系統(tǒng)誤差

當(dāng)前第45頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.3異常值的檢驗

可疑數(shù)據(jù)、離群值、異常值

一般處理原則為：在試驗過程中，若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，應(yīng)停止試驗，分析原因，及時糾正錯誤試驗結(jié)束后，在分析試驗結(jié)果時，如發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，則應(yīng)先找出產(chǎn)生差異的原因，再對其進行取舍在分析試驗結(jié)果時，如不清楚產(chǎn)生異常值的確切原因，則應(yīng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理；若數(shù)據(jù)較少，則可重做一組數(shù)據(jù)對于舍去的數(shù)據(jù)，在試驗報告中應(yīng)注明舍去的原因或所選用的統(tǒng)計方法當(dāng)前第46頁\共有322頁\編于星期五\14點1.5.3.1拉依達（）檢驗法①內(nèi)容：可疑數(shù)據(jù)xp

，若則應(yīng)將該試驗值剔除。②說明：計算平均值及標準偏差s時，應(yīng)包括可疑值在內(nèi)3s相當(dāng)于顯著水平＝0.01，2s相當(dāng)于顯著水平＝0.05當(dāng)前第47頁\共有322頁\編于星期五\14點可疑數(shù)據(jù)應(yīng)逐一檢驗，不能同時檢驗多個數(shù)據(jù)

首先檢驗偏差最大的數(shù)

剔除一個數(shù)后，如果還要檢驗下一個數(shù)，應(yīng)重新計算平均值及標準偏差方法簡單，無須查表該檢驗法適用于試驗次數(shù)較多或要求不高時3s為界時，要求n＞102s為界時，要求n＞5當(dāng)前第48頁\共有322頁\編于星期五\14點

有一組分析測試數(shù)據(jù)：0.128，0.129，0.131，0.133，0.135，0.138，0.141，0.142，0.145，0.148，0.167，問其中偏差較大的0.167這一數(shù)據(jù)是否應(yīng)被舍去?（＝0.01）解：（1）計算③例：（2）計算偏差（3）比較3s＝3×0.01116＝0.0335＞0.027故按拉依達準則，當(dāng)＝0.01時，0.167這一可疑值不應(yīng)舍去當(dāng)前第49頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）格拉布斯（Grubbs）檢驗法

①內(nèi)容：可疑數(shù)據(jù)xp

，若

則應(yīng)將該值剔除。——Grubbs檢驗臨界值當(dāng)前第50頁\共有322頁\編于星期五\14點格拉布斯（Grubbs）檢驗臨界值G(,n)表當(dāng)前第51頁\共有322頁\編于星期五\14點②說明：計算平均值及標準偏差s時，應(yīng)包括可疑值在內(nèi)可疑數(shù)據(jù)應(yīng)逐一檢驗，不能同時檢驗多個數(shù)據(jù)首先檢驗偏差最大的數(shù)

剔除一個數(shù)后，如果還要檢驗下一個數(shù)，應(yīng)重新計算平均值及標準偏差能適用于試驗數(shù)據(jù)較少時格拉布斯準則也可以用于檢驗兩個數(shù)據(jù)偏小，或兩個數(shù)據(jù)偏大的情況③例：例1-13當(dāng)前第52頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）狄克遜（Dixon）檢驗法

①單側(cè)情形將n個試驗數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列：

x1≤x2≤…≤xn-1≤xn

如果有異常值存在，必然出現(xiàn)在兩端，即x1

或xn計算出統(tǒng)計量D或D′查單側(cè)臨界值檢驗xn時，當(dāng)

時，可剔除xn檢驗檢驗x1時，當(dāng)

時，可剔除x1當(dāng)前第53頁\共有322頁\編于星期五\14點②雙側(cè)情形計算D和D′查雙側(cè)臨界值檢驗當(dāng)，判斷為異常值當(dāng)，判斷為異常值當(dāng)前第54頁\共有322頁\編于星期五\14點③說明適用于試驗數(shù)據(jù)較少時的檢驗，計算量較小單側(cè)檢驗時，可疑數(shù)據(jù)應(yīng)逐一檢驗，不能同時檢驗多個數(shù)據(jù)剔除一個數(shù)后，如果還要檢驗下一個數(shù)，應(yīng)重新排序④例：例1-14

當(dāng)前第55頁\共有322頁\編于星期五\14點1.6.1有效數(shù)字（significancefigure）

能夠代表一定物理量的數(shù)字有效數(shù)字的位數(shù)可反映試驗或試驗儀表的精度數(shù)據(jù)中小數(shù)點的位置不影響有效數(shù)字的位數(shù)例如：50㎜，0.050m，5.0×104μm第一個非0數(shù)前的數(shù)字都不是有效數(shù)字，而第一個非0數(shù)后的數(shù)字都是有效數(shù)字例如：29㎜和29.00㎜第一位數(shù)字等于或大于8，則可以多計一位例如：9.99

1.6有效數(shù)字和試驗結(jié)果的表示當(dāng)前第56頁\共有322頁\編于星期五\14點1.6.2有效數(shù)字的運算（1）加、減運算：與其中小數(shù)點后位數(shù)最少的相同（2）乘、除運算以各乘、除數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的為準（3）乘方、開方運算：與其底數(shù)的相同：例如：2.42=5.8（4）對數(shù)運算：與其真數(shù)的相同

例如ln6.84＝1.92；lg0.00004＝－4當(dāng)前第57頁\共有322頁\編于星期五\14點（5）在4個以上數(shù)的平均值計算中，平均值的有效數(shù)字可增加一位（6）所有取自手冊上的數(shù)據(jù)，其有效數(shù)字位數(shù)按實際需要取，但原始數(shù)據(jù)如有限制，則應(yīng)服從原始數(shù)據(jù)。（7）一些常數(shù)的有效數(shù)字的位數(shù)可以認為是無限制的

例如，圓周率π、重力加速度g、、1/3等（8）一般在工程計算中，取2～3位有效數(shù)字當(dāng)前第58頁\共有322頁\編于星期五\14點1.6.3有效數(shù)字的修約規(guī)則≤4：舍去≥5，且其后跟有非零數(shù)字

，進1位例如：3.14159→3.142＝5，其右無數(shù)字或皆為0時，“尾留雙”：若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進1若所保留的末位數(shù)字為偶數(shù)則舍棄例如：3.1415→3.1421.3665→1.366當(dāng)前第59頁\共有322頁\編于星期五\14點1.7誤差的傳遞誤差的傳遞：根據(jù)直接測量值的誤差來計算間接測量值的誤差1.7.1誤差傳遞基本公式間接測量值y與直接測量值xi之間函數(shù)關(guān)系：全微分當(dāng)前第60頁\共有322頁\編于星期五\14點函數(shù)或間接測量值的絕對誤差為：相對誤差為：——誤差傳遞系數(shù)——直接測量值的絕對誤差；——間接測量值的絕對誤差或稱函數(shù)的絕對誤差。當(dāng)前第61頁\共有322頁\編于星期五\14點函數(shù)標準誤差傳遞公式：1.7.2常用函數(shù)的誤差傳遞公式表1-4當(dāng)前第62頁\共有322頁\編于星期五\14點1.7.3誤差傳遞公式的應(yīng)用（1）根據(jù)各分誤差的大小，來判斷間接測量或函數(shù)誤差的主要來源：

例1-16（2）選擇合適的測量儀器或方法：

例1-17當(dāng)前第63頁\共有322頁\編于星期五\14點秩和臨界值表當(dāng)前第64頁\共有322頁\編于星期五\14點n檢驗高端異常值檢驗低端異常值3～78～1011～1314～30統(tǒng)計量D計算公式當(dāng)前第65頁\共有322頁\編于星期五\14點第2章試驗數(shù)據(jù)的表圖表示法當(dāng)前第66頁\共有322頁\編于星期五\14點2.1列表法將試驗數(shù)據(jù)列成表格，將各變量的數(shù)值依照一定的形式和順序一一對應(yīng)起來（1）試驗數(shù)據(jù)表①記錄表試驗記錄和試驗數(shù)據(jù)初步整理的表格表中數(shù)據(jù)可分為三類：原始數(shù)據(jù)中間數(shù)據(jù)最終計算結(jié)果數(shù)據(jù)當(dāng)前第67頁\共有322頁\編于星期五\14點②結(jié)果表示表表達試驗結(jié)論應(yīng)簡明扼要當(dāng)前第68頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）說明：三部分：表名、表頭、數(shù)據(jù)資料

必要時，在表格的下方加上表外附加

表名應(yīng)放在表的上方，主要用于說明表的主要內(nèi)容，為了引用的方便，還應(yīng)包含表號

表頭常放在第一行或第一列，也稱為行標題或列標題，它主要是表示所研究問題的類別名稱和指標名稱數(shù)據(jù)資料：表格的主要部分，應(yīng)根據(jù)表頭按一定的規(guī)律排列表外附加通常放在表格的下方，主要是一些不便列在表內(nèi)的內(nèi)容，如指標注釋、資料來源、不變的試驗數(shù)據(jù)等當(dāng)前第69頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）注意：表格設(shè)計應(yīng)簡明合理、層次清晰，以便閱讀和使用；數(shù)據(jù)表的表頭要列出變量的名稱、符號和單位；要注意有效數(shù)字位數(shù)；試驗數(shù)據(jù)較大或較小時，要用科學(xué)記數(shù)法來表示，并記入表頭，注意表頭中的與表中的數(shù)據(jù)應(yīng)服從下式：數(shù)據(jù)的實際值×10±n＝表中數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)表格記錄要正規(guī)，原始數(shù)據(jù)要書寫得清楚整齊，要記錄各種試驗條件，并妥為保管。當(dāng)前第70頁\共有322頁\編于星期五\14點2.2.1常用數(shù)據(jù)圖（1）線圖（linegraph/chart）表示因變量隨自變量的變化情況

線圖分類：單式線圖：表示某一種事物或現(xiàn)象的動態(tài)復(fù)式線圖：在同一圖中表示兩種或兩種以上事物或現(xiàn)象的動態(tài)，可用于不同事物或現(xiàn)象的比較2.2圖示法當(dāng)前第71頁\共有322頁\編于星期五\14點圖1高吸水性樹脂保水率與時間和溫度的關(guān)系當(dāng)前第72頁\共有322頁\編于星期五\14點圖2某離心泵特性曲線當(dāng)前第73頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）XY散點圖（scatterdiagram）表示兩個變量間的相互關(guān)系散點圖可以看出變量關(guān)系的統(tǒng)計規(guī)律圖3散點圖當(dāng)前第74頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）條形圖和柱形圖用等寬長條的長短或高低來表示數(shù)據(jù)的大小，以反映各數(shù)據(jù)點的差異兩個坐標軸的性質(zhì)不同數(shù)值軸：表示數(shù)量性因素或變量分類軸：表示的是屬性因素或非數(shù)量性變量

圖4不同提取方法提取率比較當(dāng)前第75頁\共有322頁\編于星期五\14點分類：單式：只涉及一個事物或現(xiàn)象復(fù)式：涉及到兩個或兩個以上的事物或現(xiàn)象

圖5不同提取方法對兩種原料有效成分提取率效果比較當(dāng)前第76頁\共有322頁\編于星期五\14點（4）圓形圖和環(huán)形圖①圓形圖（circlechart）也稱為餅圖（piegraph）表示總體中各組成部分所占的比例只適合于包含一個數(shù)據(jù)系列的情況餅圖的總面積看成100%，每3.6°圓心角所對應(yīng)的面積為1%，以扇形面積的大小來分別表示各項的比例圖6全球天然維生素E消費比例當(dāng)前第77頁\共有322頁\編于星期五\14點②環(huán)形圖（circulardiagram）每一部分的比例用環(huán)中的一段表示

可顯示多個總體各部分所占的相應(yīng)比例，有利于比較圖7全球合成、天然維生素E消費比例比較當(dāng)前第78頁\共有322頁\編于星期五\14點（5）三角形圖（ternary）常用于表示三元混合物各組分含量或濃度之間的關(guān)系

三角形：等腰Rt△、等邊△、不等腰Rt△等頂點：純物質(zhì)邊：二元混合物三角形內(nèi)：三元混合物MABS●xAxSxB＝1－xA－xS●圖8等腰直角三角形坐標圖當(dāng)前第79頁\共有322頁\編于星期五\14點ABCxCxBxA●xAxAxCxCxBxBMEF圖9等邊三角形坐標圖當(dāng)前第80頁\共有322頁\編于星期五\14點（6）三維表面圖（3Dsurfacegraph）

三元函數(shù)Z=f(X,Y)對應(yīng)的曲面圖，根據(jù)曲面圖可以看出因變量Z值隨自變量X和Y值的變化情況

圖10三維表面圖

當(dāng)前第81頁\共有322頁\編于星期五\14點（7）三維等高線圖（contourplot）

三維表面圖上Z值相等的點連成的曲線在水平面上的投影

圖11三維等高線圖

當(dāng)前第82頁\共有322頁\編于星期五\14點繪制圖形時應(yīng)注意：（1）在繪制線圖時，要求曲線光滑,并使曲線盡可能通過較多的實驗點，或者使曲線以外的點盡可能位于曲線附近，并使曲線兩側(cè)的點數(shù)大致相等；（2）定量的坐標軸，其分度不一定自零起；（3）定量繪制的坐標圖，其坐標軸上必須標明該坐標所代表的變量名稱、符號及所用的單位，一般用縱軸代表因變量；（4）坐標軸的分度應(yīng)與試驗數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)相匹配；（5）圖必須有圖號和圖題（圖名），以便于引用，必要時還應(yīng)有圖注。當(dāng)前第83頁\共有322頁\編于星期五\14點2.2.2坐標系的選擇坐標系（coordinatesystem）笛卡爾坐標系（又稱普通直角坐標系）、半對數(shù)坐標系、對數(shù)坐標系、極坐標系、概率坐標系、三角形坐標系…...對數(shù)坐標系（semi-logarithmiccoordinatesystem）半對數(shù)坐標系雙對數(shù)坐標系

當(dāng)前第84頁\共有322頁\編于星期五\14點（1）選用坐標系的基本原則：①根據(jù)數(shù)據(jù)間的函數(shù)關(guān)系線性函數(shù)：普通直角坐標系冪函數(shù)：雙對數(shù)坐標系指數(shù)函數(shù)：半對數(shù)坐標②根據(jù)數(shù)據(jù)的變化情況兩個變量的變化幅度都不大，選用普通直角坐標系；有一個變量的最小值與最大值之間數(shù)量級相差太大時，可以選用半對數(shù)坐標；兩個變量在數(shù)值上均變化了幾個數(shù)量級，可選用雙對數(shù)坐標；在自變量由零開始逐漸增大的初始階段，當(dāng)自變量的少許變化引起因變量極大變化時，此時采用半對數(shù)坐標系或雙對數(shù)坐標系，可使圖形輪廓清楚當(dāng)前第85頁\共有322頁\編于星期五\14點例：x10204060801001000200030004000y24146080100177181188200圖12普通直角坐標系當(dāng)前第86頁\共有322頁\編于星期五\14點圖13對數(shù)坐標系當(dāng)前第87頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）坐標比例尺的確定

①在變量x和y的誤差Δx，Δy已知時，比例尺的取法應(yīng)使試驗“點”的邊長為2Δx，2Δy，而且使2Δx＝2Δy＝1～2㎜，若2Δy＝2㎜，則y軸的比例尺My應(yīng)為：②推薦坐標軸的比例常數(shù)M＝（1、2、5）×10±n

（n為正整數(shù)），而3、6、7、8等的比例常數(shù)絕不可用；③縱橫坐標之間的比例不一定取得一致，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇，使曲線的坡度介于30°～60°之間當(dāng)前第88頁\共有322頁\編于星期五\14點例2：研究pH值對某溶液吸光度A的影響，已知pH值的測量誤差ΔpH＝0.1，吸光度A的測量誤差ΔA＝0.01。在一定波長下，測得pH值與吸光度A的關(guān)系數(shù)據(jù)如表所示。試在普通直角坐標系中畫出兩者間的關(guān)系曲線。pH8.09.010.011.0吸光度A1.341.361.451.36設(shè)2ΔpH＝2ΔA＝2mm解：∵ΔpH＝0.1，ΔA＝0.01∴橫軸的比例尺為縱軸的比例尺為當(dāng)前第89頁\共有322頁\編于星期五\14點圖14坐標比例尺對圖形形狀的影響當(dāng)前第90頁\共有322頁\編于星期五\14點2.3.1Excel在圖表繪制中的應(yīng)用（1）利用Excel生成圖表的基本方法（2）對數(shù)坐標的繪制（3）雙Y軸（X軸）復(fù)式線圖的繪制（4）圖表的編輯和修改2.3.2Origin在圖形繪制中的應(yīng)用

（1）簡單二維圖繪制的基本方法（2）三角形坐標圖的繪制（3）三維圖的繪制2.3計算機繪圖軟件在圖表繪制中應(yīng)用當(dāng)前第91頁\共有322頁\編于星期五\14點表2-1離心泵特性曲線測定實驗的數(shù)據(jù)記錄表序號流量計讀數(shù)/(L/h)真空表讀數(shù)/MPa壓力表讀數(shù)/MPa功率表讀數(shù)/W12附：泵入口管徑：

__________mm；泵出口管徑：_______mm；真空表與壓力表垂直距離：______mm；水溫：_____________℃；電動機轉(zhuǎn)速

r/min。當(dāng)前第92頁\共有322頁\編于星期五\14點當(dāng)前第93頁\共有322頁\編于星期五\14點第3章試驗的方差分析

當(dāng)前第94頁\共有322頁\編于星期五\14點方差分析（analysisofvariance，簡稱ANOVA）檢驗試驗中有關(guān)因素對試驗結(jié)果影響的顯著性試驗指標（experimentalindex）衡量或考核試驗效果的參數(shù)

因素（experimentalfactor）影響試驗指標的條件

可控因素（controllablefactor）水平（leveloffactor）因素的不同狀態(tài)或內(nèi)容

當(dāng)前第95頁\共有322頁\編于星期五\14點3.1單因素試驗的方差分析

（one-way

analysis

of

variance）3.1.1單因素試驗方差分析基本問題（1）目的：檢驗一個因素對試驗結(jié)果的影響是否顯著性（2）基本命題：設(shè)某單因素A有r種水平：A1，A2，…，Ar，在每種水平下的試驗結(jié)果服從正態(tài)分布在各水平下分別做了ni（i＝1，2，…，r）次試驗判斷因素A對試驗結(jié)果是否有顯著影響

當(dāng)前第96頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）單因素試驗數(shù)據(jù)表試驗次數(shù)A1A2…Ai…Ar1x11x21…xi1…xr12x12x22…xi2…xr2…………………jx1jx2j…xij…xrj…………………nix1n1x2n2…xini…xrnr當(dāng)前第97頁\共有322頁\編于星期五\14點3.1.2單因素試驗方差分析基本步驟（1）計算平均值組內(nèi)平均值：總平均：當(dāng)前第98頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）計算離差平方和①總離差平方和SST（sumofsquaresfortotal）表示了各試驗值與總平均值的偏差的平方和反映了試驗結(jié)果之間存在的總差異②組間離差平方和SSA（sumofsquareforfactorA）反映了各組內(nèi)平均值之間的差異程度由于因素A不同水平的不同作用造成的當(dāng)前第99頁\共有322頁\編于星期五\14點③組內(nèi)離差平方和SSe（sumofsquareforerror）反映了在各水平內(nèi)，各試驗值之間的差異程度由于隨機誤差的作用產(chǎn)生三種離差平方和之間關(guān)系：當(dāng)前第100頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）計算自由度（degreeoffreedom）總自由度：dfT＝n－1組間自由度：dfA

＝r－1組內(nèi)自由度：dfe

＝n－r

三者關(guān)系：dfT＝dfA＋dfe（4）計算平均平方均方＝離差平方和除以對應(yīng)的自由度MSA——組間均方MSe——組內(nèi)均方/誤差的均方當(dāng)前第101頁\共有322頁\編于星期五\14點（5）F檢驗服從自由度為（dfA,dfe）的F分布（Fdistribution）對于給定的顯著性水平，從F分布表查得臨界值F(dfA，dfe)

如果FA

＞F(dfA，dfe)

，則認為因素A對試驗結(jié)果有顯著影響否則認為因素A對試驗結(jié)果沒有顯著影響當(dāng)前第102頁\共有322頁\編于星期五\14點（6）方差分析表若FA

＞F0.01(dfA，dfe)

，稱因素A對試驗結(jié)果有非常顯著的影響，用“**”號表示；若F0.05(dfA，dfe)

＜

FA

＜F0.01(dfA，dfe)

，則因素A對試驗結(jié)果有顯著的影響，用“*”號表示；若FA

＜F0.05(dfA，dfe)

，則因素A對試驗結(jié)果的影響不顯著單因素試驗的方差分析表差異源SSdfMSF顯著性組間（因素A）SSAr－1MSA＝SSA／（r－1）MSA／MSe組內(nèi)（誤差）SSen－rMSe＝SSe／（n－r）總和SSTn－1當(dāng)前第103頁\共有322頁\編于星期五\14點3.1.3Excel在單因素試驗方差分析中的應(yīng)用利用Excel“分析工具庫”中的“單因素方差分析”工具當(dāng)前第104頁\共有322頁\編于星期五\14點3.2雙因素試驗的方差分析討論兩個因素對試驗結(jié)果影響的顯著性，又稱“二元方差分析”3.2.1雙因素?zé)o重復(fù)試驗的方差分析（1）雙因素?zé)o重復(fù)試驗B1B2…BsA1x11x12…x1sA2x21x22…x2s……………Arxr1xr2…xrs當(dāng)前第105頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）雙因素?zé)o重復(fù)試驗方差分析的基本步驟①計算平均值總平均：

Ai水平時：

Bj水平時：當(dāng)前第106頁\共有322頁\編于星期五\14點②計算離差平方和總離差平方和：因素A引起離差的平方和：因素B引起離差的平方和：誤差平方和：當(dāng)前第107頁\共有322頁\編于星期五\14點③計算自由度SSA的自由度：dfA

＝r－1SSB的自由度：dfB＝s－1SSe的自由度：dfe＝（r－1）（s－1）SST的自由度：dfT＝n－1＝rs－1dfT＝dfA＋dfB＋

dfe④計算均方

當(dāng)前第108頁\共有322頁\編于星期五\14點⑤F檢驗FA服從自由度為（dfA,dfe)的F分布；FB服從自由度為（dfB,dfe)的F分布；對于給定的顯著性水平，查F分布表：

F（dfA,dfe)，F(xiàn)（dfB,dfe)若FA＞F

（dfA,dfe)，則因素A對試驗結(jié)果有顯著影響，否則無顯著影響；若FB＞F

（dfB,dfe)，則因素B對試驗結(jié)果有顯著影響，否則無顯著影響；當(dāng)前第109頁\共有322頁\編于星期五\14點差異源SSdfMSF顯著性因素ASSAr－1因素BSSBs－1誤差SSe總和SSTrs－1⑥無重復(fù)試驗雙因素方差分析表無重復(fù)試驗雙因素方差分析表當(dāng)前第110頁\共有322頁\編于星期五\14點因素B1B2…BsA1…A2………………Ar…3.2.2雙因素重復(fù)試驗的方差分析（1）雙因素重復(fù)試驗方差分析試驗表雙因素重復(fù)試驗方差分析試驗表當(dāng)前第111頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）雙因素重復(fù)試驗方差分析的基本步驟①計算平均值總平均：任一組合水平（Ai，Bj）上：Ai水平時：Bj水平時：當(dāng)前第112頁\共有322頁\編于星期五\14點②計算離差平方和總離差平方和：因素A引起離差的平方和：因素B引起離差的平方和：交互作用A×B引起離差的平方和：誤差平方和：當(dāng)前第113頁\共有322頁\編于星期五\14點③計算自由度SSA的自由度：dfA

＝r－1SSB的自由度：dfB＝s－1SSA×B的自由度：dfA×B

＝(r－1)(s－1)SSe的自由度：dfe＝rs(c－1)SST的自由度：dfT＝n－1＝rsc－1dfT＝dfA＋dfB＋

dfA×B＋

dfe當(dāng)前第114頁\共有322頁\編于星期五\14點④計算均方當(dāng)前第115頁\共有322頁\編于星期五\14點⑤F檢驗若FA＞F

（dfA,dfe)，則認為因素A對試驗結(jié)果有顯著影響，否則無顯著影響；若FB＞F

（dfB,dfe)，則認為因素B對試驗結(jié)果有顯著影響，否則無顯著影響；若FA×B＞F

（dfA×B,dfe)，則認為交互作用A×B對試驗結(jié)果有顯著影響，否則無顯著影響。當(dāng)前第116頁\共有322頁\編于星期五\14點⑥重復(fù)試驗雙因素方差分析表當(dāng)前第117頁\共有322頁\編于星期五\14點3.2.3Excel在雙因素方差分析中的應(yīng)用（1）雙因素?zé)o重復(fù)試驗方差分析利用“分析工具庫”中的“無重復(fù)雙因素方差分析”工具（2）雙因素重復(fù)試驗方差分析利用“分析工具庫”中的“重復(fù)雙因素方差分析”工具當(dāng)前第118頁\共有322頁\編于星期五\14點第4章試驗數(shù)據(jù)的回歸分析當(dāng)前第119頁\共有322頁\編于星期五\14點4.1基本概念（1）相互關(guān)系①確定性關(guān)系：變量之間存在著嚴格的函數(shù)關(guān)系②相關(guān)關(guān)系：變量之間近似存在某種函數(shù)關(guān)系（2）回歸分析（regressionanalysis）

處理變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計方法確定回歸方程：變量之間近似的函數(shù)關(guān)系式檢驗回歸方程的顯著性

試驗結(jié)果預(yù)測當(dāng)前第120頁\共有322頁\編于星期五\14點4.2一元線性回歸分析4.2.1一元線性回歸方程的建立

（1）最小二乘原理設(shè)有一組試驗數(shù)據(jù)（如表），若x，y符合線性關(guān)系xx1x2……xnyy1y2……yn當(dāng)前第121頁\共有322頁\編于星期五\14點計算值與試驗值yi不一定相等

與yi之間的偏差稱為殘差：a，b——回歸系數(shù)（regression

coefficient）——回歸值/擬合值，由xi代入回歸方程計算出的y值。一元線性回歸方程：當(dāng)前第122頁\共有322頁\編于星期五\14點殘差平方和：殘差平方和最小時，回歸方程與試驗值的擬合程度最好求殘差平方和極小值：當(dāng)前第123頁\共有322頁\編于星期五\14點正規(guī)方程組（normal

equation）：解正規(guī)方程組：當(dāng)前第124頁\共有322頁\編于星期五\14點簡算法：當(dāng)前第125頁\共有322頁\編于星期五\14點4.2.2一元線性回歸效果的檢驗（1）相關(guān)系數(shù)檢驗法①相關(guān)系數(shù)（correlation

coefficient）：描述變量x與y的線性相關(guān)程度定義式：當(dāng)前第126頁\共有322頁\編于星期五\14點②相關(guān)系數(shù)特點：－1≤r≤1r＝±1：x與y有精確的線性關(guān)系當(dāng)前第127頁\共有322頁\編于星期五\14點r＜0：x與y負線性相關(guān)（negativelinearcorrelation）r＞0：x與y正線性相關(guān)（positive

linearcorrelation）當(dāng)前第128頁\共有322頁\編于星期五\14點r≈0時，x與y沒有線性關(guān)系，但可能存在其它類型關(guān)系相關(guān)系數(shù)r越接近1，x與y的線性相關(guān)程度越高試驗次數(shù)越少，r越接近1當(dāng)前第129頁\共有322頁\編于星期五\14點當(dāng)，說明x與y之間存在顯著的線性關(guān)系對于給定的顯著性水平α，查相關(guān)系數(shù)臨界值rmin③相關(guān)系數(shù)檢驗當(dāng)前第130頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）F檢驗①離差平方和總離差平方和：回歸平方和（regression

sum

of

square）：殘差平方和：三者關(guān)系：當(dāng)前第131頁\共有322頁\編于星期五\14點②自由度SST的自由度：dfT＝n－1SSR的自由度：dfR＝1SSe的自由度：dfe＝n－2三者關(guān)系：dfT＝dfR＋dfe③均方

當(dāng)前第132頁\共有322頁\編于星期五\14點④F檢驗F服從自由度為（1，n－2）的F分布給定的顯著性水平α下，查得臨界值：Fα（1，n－2)若F＞Fα（1，n－2)，則認為x與y有明顯的線性關(guān)系，所建立的線形回歸方程有意義當(dāng)前第133頁\共有322頁\編于星期五\14點⑤方差分析表當(dāng)前第134頁\共有322頁\編于星期五\14點4.3多元線性回歸分析（1）多元線性回歸形式試驗指標（因變量）y與m個試驗因素（自變量）xj（j=1,2,…,m）多元線性回歸方程：4.3.1多元線性回歸方程的建立偏回歸系數(shù)：當(dāng)前第135頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）回歸系數(shù)的確定根據(jù)最小二乘法原理：求偏差平方和最小時的回歸系數(shù)偏差平方和：根據(jù)：

得到正規(guī)方程組，正規(guī)方程組的解即為回歸系數(shù)。當(dāng)前第136頁\共有322頁\編于星期五\14點4.3.2多元線性回歸方程顯著性檢驗（1）F檢驗法總平方和：回歸平方和：殘差平方和：當(dāng)前第137頁\共有322頁\編于星期五\14點F服從自由度為（m，n－m－1）的分布給定的顯著性水平α下，若F＞Fα(m，n－m－1)，則y與x1，x2，…，xm間有顯著的線性關(guān)系方差分析表：

當(dāng)前第138頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）相關(guān)系數(shù)檢驗法復(fù)相關(guān)系數(shù)（multiplecorrelationcoefficient）R：

反映了一個變量y與多個變量（x1，x2，…，xm

）之間線性相關(guān)程度

計算式：R＝1時，y與變量x1，x2，…，xm之間存在嚴格的線性關(guān)系R≈0時，y與變量x1，x2，…，xm之間不存在線性相關(guān)關(guān)系當(dāng)0＜R＜1時，變量之間存在一定程度的線性相關(guān)關(guān)系R＞Rmin時，y與x1，x2，…，xm之間存在密切的線性關(guān)系

R一般取正值，0≤R≤1

當(dāng)前第139頁\共有322頁\編于星期五\14點4.3.3因素主次的判斷（1）偏回歸系數(shù)的標準化設(shè)偏回歸系數(shù)bj的標準化回歸系數(shù)為Pj：

Pj越大，則對應(yīng)的因素（xj）越重要當(dāng)前第140頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗計算每個偏回歸系數(shù)的偏回歸平方和SSj

：

SSj＝bjLjy

SSj的大小表示了因素xj對試驗指標y影響程度，對應(yīng)的自由度dfj＝1

服從自由度為（1，n－m－1）的F分布

如果若F＜Fα(1，n－m－1)，，則說明xj對y的影響是不顯著的，這時可將它從回歸方程中去掉，變成（m－1）元線性方程當(dāng)前第141頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）偏回歸系數(shù)的t檢驗計算偏回歸系數(shù)的標準差：

t值的計算：單側(cè)t分布表檢驗：→如果說明xj對y的影響顯著，否則影響不顯著，當(dāng)前第142頁\共有322頁\編于星期五\14點4.4.1一元非線性回歸分析通過線性變換，將其轉(zhuǎn)化為一元線性回歸問題：直角坐標中畫出散點圖；推測y與x之間的函數(shù)關(guān)系；線性變換；用線性回歸方法求出線性回歸方程；返回到原來的函數(shù)關(guān)系，得到要求的回歸方程

4.4非線性回歸分析當(dāng)前第143頁\共有322頁\編于星期五\14點4.4.2一元多項式回歸任何復(fù)雜的一元連續(xù)函數(shù)都可用高階多項式近似表達：可以轉(zhuǎn)化為多元線性方程：4.4.3多元非線性回歸如果試驗指標y與多個試驗因素xj之間存在非線性關(guān)系，如二次回歸模型：當(dāng)前第144頁\共有322頁\編于星期五\14點4.5Excel在回歸分析中的應(yīng)用4.5.1“規(guī)劃求解”在回歸分析中應(yīng)用解方程組最優(yōu)化

4.5.2Excel內(nèi)置函數(shù)在回歸分析中應(yīng)用4.5.3Excel圖表功能在回歸分析中的應(yīng)用4.5.4分析工具庫在回歸分析中應(yīng)用當(dāng)前第145頁\共有322頁\編于星期五\14點第5章優(yōu)選法當(dāng)前第146頁\共有322頁\編于星期五\14點優(yōu)選法：根據(jù)生產(chǎn)和科研中的不同問題，利用數(shù)學(xué)原理，合理地安排試驗點，減少試驗次數(shù)，以求迅速地找到最佳點的一類科學(xué)方法。適用于：試驗指標與因素間不能用數(shù)學(xué)形式表達表達式很復(fù)雜當(dāng)前第147頁\共有322頁\編于星期五\14點x1x2bx35.1單因素優(yōu)選法基本命題試驗指標f(x)是定義區(qū)間(a，b)的單峰函數(shù)用盡量少的試驗次數(shù)，來確定f(x)的最大值的近似位置

5.1.1來回調(diào)試方法

x1x2ab若f(x1)<f(x2)若f(x2)<f(x3)x3x1x2x4……當(dāng)前第148頁\共有322頁\編于星期五\14點x35.1.2黃金分割法（0.618法）黃金分割：優(yōu)選步驟：x20.6180.382x1ab0.6180.382x2x1b……當(dāng)前第149頁\共有322頁\編于星期五\14點5.1.3分數(shù)法菲波那契數(shù)列：F0＝1，F(xiàn)1＝1，F(xiàn)n＝Fn-1＋Fn-2(n≥2)1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89，144，…分數(shù)：當(dāng)前第150頁\共有322頁\編于星期五\14點x42/5x3分數(shù)法優(yōu)選方法：適用于：試驗值只能取整數(shù)的情況試驗次數(shù)有限時x1x25/83/8x1x23/5x1x32/31/3當(dāng)前第151頁\共有322頁\編于星期五\14點分數(shù)法試驗次數(shù)：當(dāng)前第152頁\共有322頁\編于星期五\14點B(無電)甲（有電）乙（無電）A(有電)5.1.4對分法特點：每次只做1次試驗每次試驗區(qū)間可以縮小一半適用條件：要有一個標準（或具體指標）要預(yù)知該因素對指標的影響規(guī)律優(yōu)選方法：當(dāng)前第153頁\共有322頁\編于星期五\14點5.1.5拋物線法在三個試驗點x1，x2，x3，且x1＜x2＜x3，分別得試驗值y1，y2，y3，根據(jù)Lagrange插值法可以得到一個二次函數(shù)：設(shè)二次函數(shù)在x4取得最大值：當(dāng)前第154頁\共有322頁\編于星期五\14點在x

＝x4處做試驗，得試驗結(jié)果y4假定y1，y2，y3，y4中的最大值是由xi’給出除xi’之外，在x1，x2，x3和x4中取較靠近xi’的左右兩點，將這三點記為x1’，x2’，x3’此處x1’＜x2’＜x3,

，若在處的函數(shù)值分別為y1’，y2’，y3’,……當(dāng)前第155頁\共有322頁\編于星期五\14點5.1.6分批試驗法（1）均分法每批做2n個試驗

先把試驗范圍等分為（2n+1）段，在2n個分點上作第一批試驗比較結(jié)果，留下較好的點，及其左右一段然后把這兩段都等分為（n+1）段分點處做第二批試驗**當(dāng)前第156頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）比例分割法每一批做2n＋1個試驗把試驗范圍劃分為2n+2段，相鄰兩段長度為a和b(a＞b)在（2n＋1）個分點上做第一批試驗，比較結(jié)果，在好試驗點左右留下一長一短把a分成2n＋2段，相鄰兩段為a1，b1(a1＞b1)，且a1＝b當(dāng)前第157頁\共有322頁\編于星期五\14點長短段的比例：當(dāng)n=0時，λ=0.618當(dāng)前第158頁\共有322頁\編于星期五\14點5.1.7逐步提高法（爬山法）方法：找一個起點尋找方向

注意：起點步距：“兩頭小，中間大”AB＜AC＞AD＞CE＜DF當(dāng)前第159頁\共有322頁\編于星期五\14點5.1.8多峰情況（1）不論“單峰”還是“多峰”，按前述方法優(yōu)選（2）先做一批分布得比較均勻、疏松的試驗，看是否有“多峰”現(xiàn)象，分別找出這些“峰”當(dāng)前第160頁\共有322頁\編于星期五\14點5.2雙因素優(yōu)選法命題迅速地找到二元函數(shù)z＝f(x，y)的最大值，及其對應(yīng)的（x，y）點的問題假定是單峰問題雙因素優(yōu)選法的幾何意義當(dāng)前第161頁\共有322頁\編于星期五\14點Q5.2.1對開法優(yōu)選范圍：a＜x＜b，c＜y＜d優(yōu)選方法：abdcPbQR當(dāng)前第162頁\共有322頁\編于星期五\14點P2P15.2.2旋升法（從好點出發(fā)法）優(yōu)選范圍：

a＜x＜b，c＜y＜d優(yōu)選方法：abdcbP2P3當(dāng)前第163頁\共有322頁\編于星期五\14點RPQ5.2.3平行線法兩個因素：一個易調(diào)整，另一個不易調(diào)整時優(yōu)選范圍：

a＜x＜b，c＜y＜d優(yōu)選方法：（設(shè)：x易調(diào)整，y不易調(diào)整）abdc0.3820.618當(dāng)前第164頁\共有322頁\編于星期五\14點5.2.4按格上升法將試驗區(qū)域畫上格子將分數(shù)法與上述方法結(jié)合起來當(dāng)前第165頁\共有322頁\編于星期五\14點5.2.5翻筋斗法ACBDEFGF′G′當(dāng)前第166頁\共有322頁\編于星期五\14點優(yōu)選法在因素主次判斷中的應(yīng)用：在因素的試驗范圍內(nèi)做兩個試驗（可選0.618和0.382兩點）如果這兩點的效果差別顯著，則為主要因素如果這兩點效果差別不大在（0.382～0.618）、（0～0.382）和（0.618～1）三段的中點分別再做一次試驗如果仍然差別不大，則此因素為非主要因素可將該因素固定在0.382～0.618間的任一點當(dāng)對某因素做了五點以上試驗后，如果各點效果差別不明顯，則該因素為次要因素當(dāng)前第167頁\共有322頁\編于星期五\14點第6章正交試驗設(shè)計當(dāng)前第168頁\共有322頁\編于星期五\14點6.1概述適合多因素試驗全面試驗：每個因素的每個水平都相互搭配進行試驗例：3因素4水平的全面試驗次數(shù)≥43=64次正交試驗設(shè)計(orthogonaldesign)：利用正交表科學(xué)地安排與分析多因素試驗的方法例：3因素4水平的正交試驗次數(shù)：16當(dāng)前第169頁\共有322頁\編于星期五\14點6.1.1正交表(orthogonaltable)（1）等水平正交表：各因素水平數(shù)相等的正交表①記號：Ln(rm)

L——正交表代號n——正交表橫行數(shù)（試驗次數(shù)）r——因素水平數(shù)m——正交表縱列數(shù)(最多能安排的因數(shù)個數(shù))當(dāng)前第170頁\共有322頁\編于星期五\14點當(dāng)前第171頁\共有322頁\編于星期五\14點當(dāng)前第172頁\共有322頁\編于星期五\14點②等水平正交表特點表中任一列，不同的數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相同表中任意兩列，各種同行數(shù)字對（或稱水平搭配）出現(xiàn)的次數(shù)相同兩性質(zhì)合稱為“正交性”：使試驗點在試驗范圍內(nèi)排列整齊、規(guī)律，也使試驗點在試驗范圍內(nèi)散布均勻當(dāng)前第173頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）混合水平正交表

各因素的水平數(shù)不完全相同的正交表當(dāng)前第174頁\共有322頁\編于星期五\14點混合水平正交表性質(zhì)：（1）表中任一列，不同數(shù)字出現(xiàn)次數(shù)相同（2）每兩列，同行兩個數(shù)字組成的各種不同的水平搭配出現(xiàn)的次數(shù)是相同的，但不同的兩列間所組成的水平搭配種類及出現(xiàn)次數(shù)是不完全相同當(dāng)前第175頁\共有322頁\編于星期五\14點6.1.2正交試驗設(shè)計的優(yōu)點能均勻地挑選出代表性強的少數(shù)試驗方案由少數(shù)試驗結(jié)果，可以推出較優(yōu)的方案可以得到試驗結(jié)果之外的更多信息當(dāng)前第176頁\共有322頁\編于星期五\14點6.2.1單指標正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析例：單指標：乳化能力因素水平：3因素3水平（假定因素間無交互作用）6.2正交試驗設(shè)計結(jié)果的直觀分析法當(dāng)前第177頁\共有322頁\編于星期五\14點（1）選正交表要求：因素數(shù)≤正交表列數(shù)因素水平數(shù)與正交表對應(yīng)的水平數(shù)一致選較小的表選L9(34)當(dāng)前第178頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）表頭設(shè)計將試驗因素安排到所選正交表相應(yīng)的列中因不考慮因素間的交互作用，一個因素占有一列（可以隨機排列）空白列（空列）：最好留有至少一個空白列當(dāng)前第179頁\共有322頁\編于星期五\14點（3）明確試驗方案當(dāng)前第180頁\共有322頁\編于星期五\14點（4）按規(guī)定的方案做試驗，得出試驗結(jié)果注意：按照規(guī)定的方案完成每一號試驗試驗次序可隨機決定試驗條件要嚴格控制當(dāng)前第181頁\共有322頁\編于星期五\14點（5）計算極差，確定因素的主次順序三個符號：Ki：表示任一列上水平號為i時，所對應(yīng)的試驗結(jié)果之和。ki

：ki=Ki/s，其中s為任一列上各水平出現(xiàn)的次數(shù)R（極差）：在任一列上

R=max｛K1,K2,K3｝－min｛K1,K2,K3｝，或R=max｛k1,k2,k3｝－min｛k1,k2,k3｝當(dāng)前第182頁\共有322頁\編于星期五\14點當(dāng)前第183頁\共有322頁\編于星期五\14點R越大，因素越重要若空列R較大，可能原因：漏掉某重要因素因素之間可能存在不可忽略的交互作用

當(dāng)前第184頁\共有322頁\編于星期五\14點（6）優(yōu)方案的確定優(yōu)方案：在所做的試驗范圍內(nèi)，各因素較優(yōu)的水平組合若指標越大越好，應(yīng)選取使指標大的水平若指標越小越好，應(yīng)選取使指標小的水平還應(yīng)考慮：降低消耗、提高效率等當(dāng)前第185頁\共有322頁\編于星期五\14點（7）進行驗證試驗，作進一步的分析優(yōu)方案往往不包含在正交實驗方案中，應(yīng)驗證優(yōu)方案是在給定的因素和水平的條件下得到的，若不限定給定的水平，有可能得到更好的試驗方案對所選的因素和水平進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以找到新的更優(yōu)方案趨勢圖當(dāng)前第186頁\共有322頁\編于星期五\14點正交試驗設(shè)計的基本步驟：(1)明確試驗?zāi)康?，確定評價指標(2)挑選因素(包括交互作用)，確定水平(3)選正交表，進行表頭設(shè)計(4)明確試驗方案，進行試驗，得到結(jié)果(5)對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析(6)進行驗證試驗，作進一步分析當(dāng)前第187頁\共有322頁\編于星期五\14點6.2.2多指標正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析兩種分析方法：綜合平衡法綜合評分法當(dāng)前第188頁\共有322頁\編于星期五\14點（1）綜合平衡法先對每個指標分別進行單指標的直觀分析對各指標的分析結(jié)果進行綜合比較和分析，得出較優(yōu)方案當(dāng)前第189頁\共有322頁\編于星期五\14點②例三個指標：提取物得率總黃酮含量葛根素含量

三個指標都是越大越好當(dāng)前第190頁\共有322頁\編于星期五\14點

對三個指標分別進行直觀分析：提取物得率：因素主次：CAB優(yōu)方案：C3A2B2

或C3A2B3

總黃酮含量：因素主次：ACB優(yōu)方案：A3C3B3

葛根素含量：因素主次：CAB優(yōu)方案：C3A3B2

綜合平衡：A3B2C3

當(dāng)前第191頁\共有322頁\編于星期五\14點③綜合平衡原則：次服從主（首先滿足主要指標或因素）少數(shù)服從多數(shù)降低消耗、提高效率

④綜合平衡特點：計算量大信息量大有時綜合平衡難當(dāng)前第192頁\共有322頁\編于星期五\14點（2）綜合評分法①綜合評分法：根據(jù)各個指標的重要程度，對得出的試驗結(jié)果進行分析，給每一個試驗評出一個分數(shù)，作為這個試驗的總指標進行單指標試驗結(jié)果的直觀分析法當(dāng)前第193頁\共有322頁\編于星期五\14點②評分方法：直接給出每一號試驗結(jié)果的綜合分數(shù)對每號試驗的每個指標分別評分，再求綜合分若各指標重要性相同：