spss100在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

spss100在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

1dows軟件的應(yīng)用spss（statisticgensver）是目前世界上最優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)分析軟件之一。SPSS10.0forWindows是它的最新版本,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)中,其中涉及的領(lǐng)域包括工程技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、商業(yè)、金融等等。但是它在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用還不是很廣泛,特別是在各地方的環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)基本上沒(méi)有涉及到該領(lǐng)域。如何把這個(gè)優(yōu)秀的軟件很好地應(yīng)用于實(shí)際工作當(dāng)中,不但能夠大大減少數(shù)據(jù)分析人員的工作量,而且提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)用性、可信性。并為上級(jí)部門(mén)作出相關(guān)決策時(shí)提供可靠的科學(xué)依據(jù)。下面就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下這個(gè)軟件的幾個(gè)功能模塊,以及如何把它應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析之中。1.1功能4:analyze分析菜單*File(文件)菜單與大多數(shù)Windows程序相同,這里包含了對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行新建、打開(kāi)、保存、頁(yè)面設(shè)置、打印預(yù)覽等共15條命令。其中通過(guò)“Open”選項(xiàng)中的“Data”項(xiàng)可以打開(kāi)由Excel、Access、Dbase、Lotus、SYLK、Text等多種格式的數(shù)據(jù)文件。為充分利用原有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供了方便。其中的“CacheData”命令允許用戶把數(shù)據(jù)文件復(fù)制到Cache(緩存)中,從而加快分析運(yùn)算的速度。*Edit(編輯)菜單這里提供了復(fù)制、剪切、全選、粘貼、特殊粘貼等編輯命令。其中的“Option”選項(xiàng)允許用戶對(duì)系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行修改,使之更加適合不同用戶的要求,這其中包括默認(rèn)文件夾、字體、圖表輸出形式、結(jié)果顯示位置的控制等等。*View(視圖)菜單這里是顯示/隱藏狀態(tài)欄、顯示/隱藏工具欄、顯示/隱藏字體、顯示/隱藏網(wǎng)格線、顯示/隱藏屬性標(biāo)簽這五條命令。*Data(數(shù)據(jù))菜單這里提供了日期定義、插入變量或觀測(cè)量、為觀測(cè)量進(jìn)行排序、合并或者分割數(shù)據(jù)文件等共11條命令。*Transform(變換)菜單這里可以允許用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理,其中的變換菜單提供了計(jì)算公式、隨機(jī)選擇、加權(quán)、觀測(cè)量排序、變量分類(lèi)、缺失值替換、建立時(shí)間序列等共10條命令。*Analyze(分析)菜單這個(gè)菜單項(xiàng)包括13個(gè)子菜單,是SPSS10.0的主要功能模塊,下文就其中各個(gè)子菜單的功能作簡(jiǎn)單介紹:(1)Reports(報(bào)告):包括對(duì)于觀測(cè)量的基本統(tǒng)計(jì)分析,如OLPACubes、CaseSummaries等4個(gè)命令項(xiàng);(2)DescriptiveStatistics(描述性統(tǒng)計(jì)):包括Frequencies、Descriptive、Explore、Crosstabs等4項(xiàng)命令;(3)CompareMeans(均值比較):包括Means、One-SampleTTest、IndependentSamplesTTest、PairedSamplesTTest、OneWayANVOA等共5項(xiàng)命令;(4)GeneralLinearModel(一般線性模型):包括Univariate、RepeatedMeasures等4項(xiàng);(5)Correlate(相關(guān)分析):包括BivariateCorrelation、Partial、Distances等3項(xiàng);(6)Regression(回歸分析):包括LinearRegression、NonlinearRegression、CurveEstimation、WeightEstimation等9項(xiàng)命令;(7)Loglinear(對(duì)數(shù)線性)包括GeneralLoglinearAnalyze、LogitLoglinearAnalyze、ModelSelectionLoglinearAnalyze等3項(xiàng)命令;(8)Classify(聚類(lèi)分析):包括K-MeansCluster、HierarchicalCluster、DiscrimnantAnalyze等3項(xiàng)命令;(9)DataReduction(數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化):只有FactorAnalysis一項(xiàng);(10)Scale(等級(jí)分析):包括ReliabilityAnalysis、MultidimensionalScaling等2項(xiàng)命令;(11)NonparametricTests(非參數(shù)檢驗(yàn)):包括Chi-SquareTest、Two-Independent-SamplesTest等8項(xiàng);(12)Survival(殘余分析):包括LifeTables、CoxRegression等4項(xiàng)命令;(13)MultipleResponse(多元反應(yīng)):包括DefineSets等3個(gè)命令項(xiàng)。*Graphs(圖表菜單)統(tǒng)計(jì)圖是用點(diǎn)、線、面等各種幾何圖形表達(dá)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的一種形象的形式,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)明生動(dòng),形象具體、通俗易懂。SPSS10.0具有很強(qiáng)大的制圖功能,可以繪制多種統(tǒng)計(jì)圖形,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)EXCEL的圖表功能,這些圖形可以在各種統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中通過(guò)對(duì)于相應(yīng)的“Plot”選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置,得到需要的理想圖形,也可以直接由菜單項(xiàng)“Graphs”圖形菜單產(chǎn)生。SPSS的圖形制作過(guò)程可以分為三個(gè)步驟:建立數(shù)據(jù)文件;生成圖形;修飾生成的圖形?！癎raphs”圖形菜單共有18條子菜單,可以生成的圖形包括Bar(條形圖)、Line(線形圖)、Area(面積圖)、Pie(餅圖)、High-Low(高低收盤(pán)圖)、Pareto(帕雷托圖)、Control(工序控制圖)、Boxplots(箱線圖)、ErrorBar(誤差條形圖)、Scatter(散點(diǎn)圖)、Histogram(直方圖)、P-P選項(xiàng)生成變量分布累計(jì)比對(duì)正態(tài)分布累計(jì)比的P-P圖、Q-Q選項(xiàng)生成變量分布分位數(shù)對(duì)正態(tài)分布分位數(shù)的Q-Q圖、Sequence(時(shí)間序列圖)、ROCCurve選項(xiàng)通過(guò)它生成的圖形可評(píng)估分組單變量分組方案的優(yōu)劣、TimesSeries選項(xiàng)可以生成自相關(guān)圖、偏相關(guān)圖和互相關(guān)圖。*Utilities(公用程序)菜單,這里包括變量集的定義、菜單欄定制內(nèi)容等7條命令;*Windows(窗口)菜單,在這里用戶可以最小化所有窗口,也可以實(shí)現(xiàn)在不同窗口中的切換。*Help(幫助)菜單,包括幫助主題、使用指南、統(tǒng)計(jì)教練、語(yǔ)法向?qū)У?條命令。此外,SPSS10.0在面向用戶的使用方面主要有以下三個(gè)突出的優(yōu)勢(shì):(1)Windows的窗口方式和界面友好的對(duì)話框;(2)得出的結(jié)果均以直觀易懂的圖表示,在這些圖表當(dāng)中盡可能地使用通用的數(shù)學(xué)符號(hào);(3)擁有全面生動(dòng)的幫助。為此,本文擬介紹SPSS10.0在環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用,讓更多的研究者不再為繁雜數(shù)據(jù)分析而煩惱,只需點(diǎn)擊鼠標(biāo),無(wú)需復(fù)雜計(jì)算,原來(lái)需要幾十分鐘乃至幾個(gè)小時(shí)的工作量可以在幾分鐘內(nèi)輕松完成。2數(shù)據(jù)處理中的方法和模型*數(shù)據(jù)集合的參數(shù)檢驗(yàn)與區(qū)間估計(jì)一般環(huán)境監(jiān)測(cè)站都有歷年的環(huán)境監(jiān)測(cè)資料,在對(duì)于相同環(huán)境條件下的趨勢(shì)估計(jì)中,通常采用的是置信區(qū)間的估計(jì)方法,在SPSS10.0中可以非常方便地實(shí)現(xiàn)T檢驗(yàn)和置信區(qū)間的估計(jì),具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程是選擇軟件中的“Analyze”——“Comparemeans”選項(xiàng),按照提示可以方便得實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)與區(qū)間估計(jì)。*數(shù)據(jù)集合的非參數(shù)檢驗(yàn)非參數(shù)檢驗(yàn),是不依賴(lài)于總體分布的統(tǒng)計(jì)推斷方法,是指在總體分布不服從正態(tài)分布且分布情況不明時(shí),用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)資料是否來(lái)自同一個(gè)總體假設(shè)的一類(lèi)檢驗(yàn)方法,在環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中,由于各種影響因素較多,碰到的非參數(shù)檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)也較多,在SPSS10.0中可以方便地實(shí)現(xiàn)卡方檢驗(yàn)(Chi-squareTest),只需要選擇“Analyze”菜單中的“NonparametricTests”即可按照提示進(jìn)行操作,節(jié)省了大量的運(yùn)算時(shí)間。*方差分析在環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析過(guò)程中,不可避免地存在一定的誤差,其中包括隨機(jī)誤差以及系統(tǒng)誤差,而環(huán)境監(jiān)測(cè)的對(duì)象通常是由許多因素互相制約又互相依存,我們?cè)诘玫揭慌鷶?shù)據(jù)后,如何從反復(fù)的試驗(yàn)和觀測(cè)中,分析出來(lái)哪些因素是對(duì)該污染狀況起主導(dǎo)作用,是要給予重視的,哪種處理方法或者哪種是處理藥劑是對(duì)處理有顯著效果的,在何時(shí)是效果最好的時(shí)候等等問(wèn)題。例如,我們?cè)谶x擇一種實(shí)驗(yàn)試劑時(shí),必須在不同的反應(yīng)時(shí)間,用不同的藥劑進(jìn)行多次試驗(yàn),才能確定出最佳的投藥量和最佳的反應(yīng)時(shí)間,還可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多種藥劑同時(shí)投加時(shí)的效果,分析其相互的影響,而在這個(gè)選擇過(guò)程中用到的就是方差分析的方法,如果只是驗(yàn)證一種實(shí)驗(yàn)試劑在不同反應(yīng)時(shí)間中的作用,則采用單因素分析方法,在SPSS10.0中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程就是選擇“Analyze”——“CompareMeans”——“OneWayANOVA”,如果是多種藥劑的相互作用情況,則要用到多因素的方差分析,其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是選擇“Analyze”——“GeneralLinearModel”——“Univariate”進(jìn)行分析。*相關(guān)分析在環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中,經(jīng)常會(huì)碰到相關(guān)性問(wèn)題,其主要是指各種污染指標(biāo)間的相互關(guān)系,可以通過(guò)建立特定條件下的相關(guān)變量或者是模型來(lái)進(jìn)行污染預(yù)報(bào)及缺失值的統(tǒng)計(jì)補(bǔ)償。也就是在現(xiàn)有的多種數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,建立一個(gè)或幾個(gè)環(huán)境要素之間的相關(guān)關(guān)系,來(lái)對(duì)未來(lái)的環(huán)境狀況進(jìn)行科學(xué)的估計(jì)。在SPSS10.0中,可以進(jìn)行相關(guān)分析以及偏相關(guān)分析,用相關(guān)系數(shù)矩陣的結(jié)果形式非常清楚地加以描述,便于廣大用戶閱讀其分析結(jié)果。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是“Analyze”——“Correlate”。*回歸分析(包括多元回歸和逐步回歸)回歸分析是環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中比較常用的處理手段,通過(guò)建立數(shù)據(jù)間的一定的函數(shù)關(guān)系對(duì)數(shù)據(jù)加以整理與優(yōu)化,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的功能。由于環(huán)境數(shù)據(jù)的影響因素一般較多,我們碰到較多的是多元的回歸方法,這用普通的方法計(jì)算非常繁瑣,而SPSS10.0非常輕松地實(shí)現(xiàn)了多元回歸以及多個(gè)元素的逐步回歸分析,大大減少了工作量,而且其自帶的繪圖功能更直觀地反應(yīng)出不同回歸模型的區(qū)別以及各自的利弊得失,還可以同時(shí)與實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形對(duì)比,便于用戶選擇不同的模型是其又一大功能,只需用鼠標(biāo)選擇不同模型而不用輸入繁瑣的數(shù)學(xué)公式就可以對(duì)其進(jìn)行回歸分析,在結(jié)果中還給出了新的變量的回歸系數(shù)以及指定的估計(jì)值。而其提供的偏相關(guān)分析更是獨(dú)具特色,它可以在去除部分因素的影響下進(jìn)行回歸分析,便于判斷各種影響因素的影響作用的大小程度,其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程是“Analyze”——“Correlate”。*聚類(lèi)分析一批監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有n個(gè)樣品,每個(gè)樣品測(cè)定n個(gè)元素,則可以對(duì)樣品進(jìn)行分類(lèi),也可以對(duì)元素進(jìn)行分類(lèi),以便從中找到規(guī)律。對(duì)所研究的環(huán)境問(wèn)題作出相應(yīng)的解釋。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi),應(yīng)當(dāng)盡可能地排除主觀因素,按照特定的科學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)處理,得到的結(jié)果才是我們所探求的。聚類(lèi)分析可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi),可以客觀地找到變量間的親疏關(guān)系,然后將全部變量歸并成不同的類(lèi)別,并以分類(lèi)樹(shù)形圖表示。在普通計(jì)算方法中,通常的聚類(lèi)分析需要耗費(fèi)大量的時(shí)間,單單是數(shù)據(jù)的正規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化就是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù),而且容易出錯(cuò),在SPSS10.0中提供的聚類(lèi)分析模型很好地解決了這個(gè)問(wèn)題,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,在結(jié)果顯示中,通過(guò)一定的選擇可以得到非常理想的樹(shù)形分類(lèi)圖。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是“Analyze”——“Classify”。*因子分析控制和治理環(huán)境污染,重要的問(wèn)題是要了解污染源的情況。直接監(jiān)測(cè)污染源是必要的,但是在許多情況中。直接監(jiān)測(cè)是困難的。于是人們轉(zhuǎn)向監(jiān)測(cè)污染源的排放物,再由污染物數(shù)據(jù)去推算出污染源的類(lèi)型及其成因?？梢詫⑽廴驹醋鳛槿舾蓚€(gè)待求的因子,建立起污染源因子與污染物元素?cái)?shù)據(jù)間的數(shù)學(xué)模型,再由該數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出兩者間應(yīng)滿足的關(guān)系式,然后進(jìn)行判斷,得出結(jié)果。在SPSS10.0中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是“Analyze”——“Data”——“Factor”。*時(shí)間序列分析在監(jiān)測(cè)一個(gè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量或一個(gè)工廠的污染物排放狀況時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間推移而不斷變化。這種按時(shí)間順序排列的數(shù)字或隨機(jī)變量稱(chēng)為時(shí)間序列,可以通過(guò)時(shí)間序列分析實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)環(huán)境狀況的預(yù)測(cè)估計(jì)。在SPSS10.0中可以通過(guò)選擇“Graphs”——“TimeSeries”來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列分析。3應(yīng)用案例3.1spss10.0單因素方差分析(1)原始數(shù)據(jù)收集以下舉例所采用數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)。[例]:分發(fā)統(tǒng)一的含銅0.100mg/l的樣品到6個(gè)實(shí)驗(yàn)室,下表為各實(shí)驗(yàn)室5次測(cè)定值,試分析不同實(shí)驗(yàn)室之間是否存在顯著差異。(2)SPSS10.0中的單因素方差分析我們把原始數(shù)據(jù)中的“測(cè)定值”作為應(yīng)變量,把“實(shí)驗(yàn)室”編號(hào)作為自變量,分別輸入。在輸入數(shù)據(jù)以后,如果要對(duì)上例中的數(shù)據(jù)作單因素方差分析可以按如下步驟進(jìn)行:步驟一:選擇“Analyze”“CorrpareMeans”“One-WayANOVA”展開(kāi)單因素方差分析主對(duì)話框,見(jiàn)圖1:步驟二:在“One-WayANOVA”對(duì)話框中,把“測(cè)定值”選入“DependentList”框中,把“實(shí)驗(yàn)室”選入“Factor”框中,然后單擊“OK”示意圖及運(yùn)行結(jié)果如下,見(jiàn)圖2和表2:(3)本題小結(jié)對(duì)比上文所得和文獻(xiàn)中的相應(yīng)例題可以看出,SPSS10.0在短短的幾秒鐘之內(nèi)就得到了準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。經(jīng)SPSS判斷,幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間的差異是非常顯著的。3.2y、y、r,x,4入原始數(shù)據(jù)(1)原始數(shù)據(jù)收集以下舉例所采用數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn);[例]有一實(shí)驗(yàn)變量y,已知其和四個(gè)自變量x1、x2、x3、x4有關(guān),現(xiàn)把13個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)列表如下要求作逐步回歸分析,給出多元回歸方程。步驟一:輸入原始數(shù)據(jù),定義變量y、x1、x2、x3、x4,選擇“Analyze”“Regression”“Linear”,見(jiàn)圖3、4;步驟二:在“Linear”對(duì)話框中,把y放入因變量一欄中,其它放入自變