生物統(tǒng)計和試驗設計市公開課獲獎課件

1、生物統(tǒng)計與試驗設計李齊發(fā)南京農業(yè)大學動物科技學院 南京第1頁第1頁幾點闡明1.課程成績作業(yè) 20分考勤 10分期末考試 70分2.期末考試3.教 材英譯漢 10分名詞解釋 20分簡答題 30分計算題 40分4.計 算 器5.課堂紀律第2頁第2頁第一章 概 論 生物統(tǒng)計學慣用術語 生物統(tǒng)計學內容 生物統(tǒng)計學特點 生物統(tǒng)計學概念第3頁第3頁第一節(jié) 生物統(tǒng)計學概念生物統(tǒng)計學（biostatistics）就是用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學原理與辦法來處理生物學資料學科 達爾文時代以前生物學，普通以描述為主顏色形狀大小羽色冠形體格白羽黑羽黃羽橫斑紋白來航雞 狼山雞 正陽三黃雞 蘆花雞 單冠豆冠玫瑰冠草莓冠茶花雞

2、舊院黑雞 泰和烏雞 泰和烏雞大型雞小型雞蕭山雞 矮小雞 第4頁第4頁 伴隨生物學發(fā)展,描述已無法滿足科學研究需要，于是就有了度量 有了度量以后就產生了大量數(shù)據(jù)資料，那么，如何來處理、分析這些看似雜亂無章數(shù)據(jù)資料，并且發(fā)覺其內在規(guī)律采用普通數(shù)學辦法來進行計算用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學原理與辦法生物統(tǒng)計學力不從心，甚至是無能為力 第5頁第5頁生物統(tǒng)計學是動物科學研究和生產實踐中必不可少工具，現(xiàn)已被廣泛應用于各個方面： 遺傳、育種 營養(yǎng)、飼料 基因組分析 遺傳圖譜構建 QTL定位第6頁第6頁在國外尤其是經濟發(fā)達國家，生物統(tǒng)計學已經滲入到生物學相關各個領域：課題申請論文審稿新藥研發(fā)專設機構第7頁第7頁生物統(tǒng)

3、計學思維和辦法已經滲入到動物生產實踐和科學研究之中與國外相比，國內缺乏從事生物統(tǒng)計學研究專業(yè)人員 畜牧與獸醫(yī)雜志審稿 與農業(yè)部動物檢疫所（青島）合作 本科畢業(yè)論文答辯第8頁第8頁孟德爾遺傳定律、生物進化理論、分子數(shù)量遺傳學和生物信息學等，它們發(fā)覺、誕生和發(fā)展，都離不開生物統(tǒng)計學參與 伴隨分子生物學發(fā)展，生物統(tǒng)計學越來越顯示出它主要性 第9頁第9頁第二節(jié) 生物統(tǒng)計學特點1. 概率性（Probability）2. 二元性（Duality）3. 歸納性（Induction）第10頁第10頁1. 概率性生物學數(shù)據(jù)含有變異性針對生物性狀進行研究得出一個結論時，這個結論正確性往往是相正確、有條件，這個條件

4、能夠用概率值來表示不能通過描述性定性科學或決定性數(shù)量科學來處理生物學領域中諸多問題 第11頁第11頁動物血液是紅色冰魚血液是黃色馬蹄蟹血液是藍色第12頁第12頁天下烏鴉普通黑 形容萬惡舊社會官官相護 央視國際報道：在印度南部一個小村莊發(fā)覺了一只白色烏鴉第13頁第13頁出現(xiàn)了白色烏鴉，就認為“天下烏鴉普通黑”觀點就是錯誤出現(xiàn)了黃色血液冰魚，就認為“動物血液是紅色”結論是不正確 按照一些學科推理，假如出現(xiàn)反例就必須要否認本來結論假如從生物統(tǒng)計學角度來看，結果會完全不同至少有95%以上動物血液是紅色至少有99%以上烏鴉是黑色 第14頁第14頁 典型數(shù)學計算結果是絕正確、明確，也是唯一 生物統(tǒng)計學從復

5、雜多變生物性狀中得出結論普通都只能在一定概率確保下認為是正確，同時得到結果也不是唯一 生物統(tǒng)計學不同于經典數(shù)學現(xiàn)在概率思想越來越進一步到每個人生活中 午后有陣雨，雷雨時短時陣風降水概率75%，東南風轉西北風第15頁第15頁2. 二元性 生物統(tǒng)計學理論體系概率論 大量、起源于生產實踐數(shù)據(jù)資料 生物統(tǒng)計學是理論與實踐并重一門學科，有時處理實踐資料甚至重于理論指導 生物統(tǒng)計學二元性： 理論與實踐并重 理論與實踐密切結合 第16頁第16頁3. 歸納性理論上我們總希望能取得并處理含有同一性質所有資料歸納性是生物統(tǒng)計學主要精神，簡樸地說就是從部分資料（統(tǒng)計學中稱為樣本）中歸納出普通性原理并把它應用到較大范

6、圍（統(tǒng)計學中稱為總體） 豬鏈球菌病研究 四川地域病人主要是通過接觸性傷口感染豬鏈球菌病人感染豬鏈球菌病，主要是通過接觸性傷口傳播 廣東東京紐約在科學研究和生產實踐中只能取得其中很小、但含有代表性一部分個體來進行研究、分析和處理 第17頁第17頁第三節(jié) 生物統(tǒng)計學主要內容生物統(tǒng)計學是動物科學專業(yè)專業(yè)基礎課程生物統(tǒng)計學主要包括兩大部分內容：1. 統(tǒng)計部分1.1 描述性統(tǒng)計 主要是數(shù)據(jù)資料整理、分析，是生物統(tǒng)計學基礎內容（1）數(shù)據(jù)資料整理（2）數(shù)據(jù)資料特性值計算（3）概率分布和抽樣分布第18頁第18頁1.2 統(tǒng)計推斷又稱假設檢查，是生物統(tǒng)計學關鍵內容 （1）t-檢查主要用于檢查2個平均數(shù)間差別是否明

7、顯（2）2-檢查 主要用于檢查由質量性狀得來次數(shù)資料明顯性（3）F-檢查 主要用于檢查多個平均數(shù)間差別是否明顯（4）非參數(shù)檢查 主要用于檢查樣本容量小、未知分布資料明顯性1.3 相關與回歸分析通過對數(shù)據(jù)資料相關、回歸分析，揭示出試驗指標間內在聯(lián)系，為動物生產提供強有力依據(jù)（1）簡樸相關（2）簡樸回歸（3）曲線回歸（4）多元回歸第19頁第19頁2. 試驗設計部分主要是試驗設計基本原理、辦法 完全隨機設計 配對設計 拉丁方設計 正交設計 隨機區(qū)組設計 交叉設計第20頁第20頁第四節(jié) 生物統(tǒng)計學慣用術語1. 變量與觀測值變量（variable）是指不同個體間表現(xiàn)變異性某種特性對于一個個體來說，通過度

8、量所得到某一變量含有變異性質數(shù)值就稱為觀測值（observation）2. 總體與樣本總體（population）是指研究所有對象，即含有相同性質觀測值所構成集合相同生物體所構成集合，如同一物種，不是統(tǒng)計學意義上總體只有相同生物體所含有某一相同性狀所表現(xiàn)出來值集合才干作為統(tǒng)計學中總體第21頁第21頁總體中每一個研究對象稱為個體（individual）無限總體既有時間內涵，又有空間（地域）內涵。當我們把某一總體限定于某一時間、某一地域時，無限總體就成了有限總體 總體按所含個體數(shù)量能夠分為無限總體和有限總體禽流感雞產蛋量無限總體遼寧黑山有限總體 總體按研究對象又能夠分為現(xiàn)實總體和假想總體 豬鏈球菌

9、病2型疫苗免疫效果假想這一部分被試豬就來自于已注射新疫苗豬總體這一總體在疫苗推廣之前并不存在假想總體當新疫苗試驗成功并加以推廣后這一總體就存在了現(xiàn)實總體第22頁第22頁（1）總體往往是無限、假想 在實際工作中不也許對總體中所有觀測值一一加以考察，而只能對其中含有代表性一小部分觀測值進行研究 （2）有限總體有時也包括數(shù)目相稱多個體，要取得所有觀測值須花費大量人力、物力和時間（3）有些性狀測定、觀測值取得帶有破壞性樣本（sample）就是從總體中抽得一部分含有代表性觀測值所構成子集為了使所得到樣本能無偏地預計總體，必須使總體中每一觀測值都有同等機會進入樣本，這種抽樣辦法稱為隨機抽樣（random

10、sampling） 隨機抽樣法所得到樣本稱為隨機樣本（random sample）第23頁第23頁樣本中所包括觀測值個數(shù)，稱為樣本容量 用n表示 有限總體大小（總體容量），用N表示 n30樣本稱為小樣本 n30稱為大樣本 原則：大動物樣本容量可小一些，小動物樣本容量可適當大一些3. 參數(shù)與統(tǒng)計量 反應數(shù)據(jù)集中趨勢總體平均數(shù) 參數(shù)（parameter）：由總體各觀測值所取得、用來描述總體特性數(shù)值反應數(shù)據(jù)變異程度總體原則差 參數(shù)是一個真值、一個定值，不改變 用表示用表示第24頁第24頁統(tǒng)計量（statistic）：由樣本各觀測值計算得到、用來描述樣本特性數(shù)值 樣本平均數(shù) 樣本原則差 用S表示 統(tǒng)計

11、量是改變，不固定用 表示 統(tǒng)計量和參數(shù)關系 從同一總體中抽取不同樣本所計算得到同一性質統(tǒng)計量是不相同，但這些統(tǒng)計量都能夠用來預計對應參數(shù) 在絕大多數(shù)情況下，參數(shù)很難直接由計算得到，而只能通過樣本統(tǒng)計量來進行預計 第25頁第25頁4. 準確度與準確度 準確度（accuracy）也稱為準確性，是指觀測值與真值靠近程度 準確度（precise）也稱為準確性，指在同一處理條件下，同一批觀測值間互相靠近程度 準確度高、準確度高 在諸多情況下，準確度和準確度兩者往往不可兼得，因此在制定試驗方案或進行試驗時，應當較好地加以權衡 準確度低、準確度低 準確度低、準確度高 原則上，能夠適當放棄一些準確度以確保足夠

12、準確度 第26頁第26頁5. 隨機誤差和系統(tǒng)誤差 誤差（error）：試驗結果和真值之間差別和偏離5.1 隨機誤差隨機誤差（random error）又稱為偶然誤差，是指由各種偶然原因引起、無法加以預測和控制無規(guī)律偏差 （1）偶然性隨機誤差性質:（2）恒在性（3）獨立性（4）影響準確度 隨機誤差是進行統(tǒng)計假設檢查基礎，沒有隨機誤差就沒有統(tǒng)計假設檢查 生物統(tǒng)計學就是為誤差而誕生，生物統(tǒng)計學所有意義就是處理和預計誤差第27頁第27頁5.2 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差（systematic error）也稱為片面誤差，是指由于一些特定非試驗條件所造成使試驗結果朝某一個方向發(fā)生有規(guī)律偏移 （1）度量工具不正確 （5）試驗人員操作或觀測時偏愛和習慣