試驗設(shè)計基礎(chǔ)

食品與生物試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析王靜ing1425@126.com第二章試驗設(shè)計基礎(chǔ)一、試驗設(shè)計的基本術(shù)語二、試驗設(shè)計的基本原則三、試驗的誤差及其來源四、試驗數(shù)據(jù)的特征數(shù)（重點）五、統(tǒng)計假設(shè)檢驗（重點、難點）六、試驗設(shè)計的類型、意義一、試驗設(shè)計的基本術(shù)語試驗設(shè)計的基本術(shù)語1、

試驗因子（試驗因數(shù)）影響科學(xué)試驗結(jié)果的因子往往很多，但進(jìn)行試驗時，僅能挑選幾個因子進(jìn)行試驗，因此試驗中安排的因子稱為試驗因子（experimentalfactor）或試驗因素，而未在此次試驗中安排的因子則統(tǒng)稱為非試驗因子。試驗設(shè)計的基本術(shù)語在安排試驗中，每個因子的某種具體措施則稱為該因子的某種水平（Level），它們有的是連續(xù)變化的定量因子，有的是離散狀態(tài)的定性因子。試驗設(shè)計的基本術(shù)語2、試驗水平試驗中試驗因素所處的各種狀態(tài)或取值稱為因數(shù)水平，簡稱水平。若一個因數(shù)取m個水平，則稱該因素為m水平的因素。因素水平可以是定量的，也可以是定性的。如原料品種、食品添加劑、色譜柱不同類別等。試驗設(shè)計的基本術(shù)語3、試驗指標(biāo)在試驗設(shè)計中把判斷試驗結(jié)果好壞所采用的標(biāo)準(zhǔn)稱為試驗指標(biāo)，簡稱指標(biāo)。它類似于數(shù)學(xué)中的因變量或目標(biāo)函數(shù)。如：考察加熱時間和加熱溫度對果膠酶活性的影響時，果膠酶活性就是試驗指標(biāo)。試驗設(shè)計的基本術(shù)語試驗指標(biāo)可以分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，能夠用數(shù)量表示的指標(biāo)是定量指標(biāo)，如食品的酸度、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、水分含量等；不能用數(shù)量表示的指標(biāo)為定性指標(biāo)，如色澤、風(fēng)味和質(zhì)地、口感等。在試驗設(shè)計中，為了便于分析試驗結(jié)果，常把定性指標(biāo)進(jìn)行量化，轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。試驗設(shè)計的基本術(shù)語一個試驗中可以選用單指標(biāo)，也可以選用多指標(biāo)，這由專業(yè)知識對試驗的要求確定。各個專業(yè)領(lǐng)域的研究對象不同，試驗指標(biāo)各異。在設(shè)計試驗時要合理地選用試驗指標(biāo)，它決定了觀測記載的工作量。過簡單則難以全面準(zhǔn)確地評價試驗結(jié)果，功虧一簣；過繁瑣又增加許多不必要的浪費。試驗指標(biāo)較多時還要分清主次，以便抓住主要方面。試驗設(shè)計的基本術(shù)語4、試驗處理試驗處理是指各試驗因素的不同水平之間的聯(lián)合搭配，因此，試驗處理也稱為因素的水平組合或水平處理。在單因素試驗中，水平和處理是一致的，一個水平就是一個處理。在多因素試驗中。由于因素和水平較多，可以組成若干個水平組合。試驗設(shè)計的基本術(shù)語5、重復(fù)

“重復(fù)”為同一試驗處理所設(shè)置的試驗單元數(shù)。當(dāng)一個試驗的每個處理只設(shè)置一個試驗單元時，稱為無重復(fù)試驗；當(dāng)一個試驗中部分處理設(shè)置兩個或兩個以上試驗單元時，稱為部分處理沒重復(fù)的試驗；當(dāng)一個試驗的每個處理都設(shè)置兩個試驗單元時稱為試驗有兩次重復(fù)，以此類推。試驗設(shè)計的基本術(shù)語6、全面試驗全面試驗：對全部組合都進(jìn)行試驗。由于全部組合處理等于各試驗因素水平數(shù)的乘積，所以全面試驗的試驗次數(shù)也就等于各試驗因素水平數(shù)的乘積。全面試驗的優(yōu)缺點優(yōu)點：能夠掌握每個因素及其每個水平對試驗結(jié)果的影響，無一遺漏。缺點：全面試驗有局限性，只適合因素和水平不太多的試驗。6、全面試驗試驗設(shè)計的基本術(shù)語試驗設(shè)計的基本術(shù)語7、部分實施

部分實施：從全面組合處理中，選取有代表性的處理進(jìn)行實施。在全面試驗中，由于試驗因素和水平數(shù)的增加會使處理數(shù)目急劇增長，有時難以實施。另外，當(dāng)試驗因素和水平數(shù)較多時，全面試驗即使能夠?qū)嵤膊荒芩阕饕粋€經(jīng)濟(jì)有效地方法。為此，在實際實驗研究中，都采用部分實施的方法。二、試驗設(shè)計的基本原則試驗設(shè)計的基本原則1、重復(fù)原則所謂重復(fù)，是指在實驗中每種處理至少進(jìn)行2次以上，其目的是在對實驗結(jié)果進(jìn)行分析時能定量地評價誤差的大小以及減小隨機誤差。獨立重復(fù)實驗

——在相同的處理條件下對不同的實驗單元做多次實驗。這是通常意義下所指的重復(fù)實驗，其目的是為了降低由樣品差異而產(chǎn)生的實驗誤差，并正確估計這個實驗誤差。試驗設(shè)計的基本原則獨立重復(fù)實驗

——在相同的處理條件下對不同的實驗單元做多次實驗。這是通常意義下所指的重復(fù)實驗，其目的是為了降低由樣品差異而產(chǎn)生的實驗誤差，并正確估計這個實驗誤差。重復(fù)測量——在相同的處理條件下對同一個樣品做多次重復(fù)實驗，以排除操作方法產(chǎn)生的誤差。試驗設(shè)計的基本原則A因素A1A2B因素B1B2進(jìn)行實驗的目的是為了找出各因子的最佳水平，而這樣的重復(fù)正好使一個因子的各水平都組合到，從而更能真實地反映該因子的水平效果，為選優(yōu)提供可靠的依據(jù)。試驗設(shè)計的基本原則2、隨機化原則指試驗條件在各項實驗中的配置或各個實驗的順序，不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移，按某種有利的方式確定，而是完全以隨機的方式進(jìn)行安排。試驗設(shè)計的基本原則隨機化因素水平的隨機化實驗次序的隨機化隨機化的目的就是在實驗研究中要避免因主觀見解而產(chǎn)生的偏差，消除系統(tǒng)性誤差對實驗結(jié)果的影響。試驗設(shè)計的基本原則在實驗中，每一個處理都有同等的機會被安排在某一特定的空間和時間環(huán)境中，以消除某些處理可能占有的“優(yōu)勢”或“劣勢”，保證實驗條件在空間和時間上的均勻性。隨機化可有效排除非實驗因素的干擾，從而正確、無偏地估計實驗誤差。隨機化通常采用抽簽、查隨機數(shù)表等方法來實現(xiàn)。試驗設(shè)計的基本原則3、局部控制原則指在實驗時采取一定的技術(shù)措施減少非試驗因素。實施局部控制的目的在于使各部分內(nèi)或各區(qū)、組內(nèi)的實驗環(huán)境比較一致或相對穩(wěn)定，使其差異盡量表現(xiàn)或局限在各部分之間或各區(qū)、組之間，而不致影響對考察因數(shù)的比較和分析。局部控制原則通常又稱作區(qū)、組構(gòu)成原理。試驗設(shè)計的基本原則實驗時空范圍越大，實驗條件之間的差異也就越大。如果把一項實驗的時空范圍劃為幾個小的范圍—區(qū)組(block)，使得每個區(qū)組內(nèi)實驗條件盡可能均勻一致，每個區(qū)組內(nèi)各項處理的實驗順序隨機安排。這樣，每個區(qū)組內(nèi)的試驗誤差減小，區(qū)組間試驗條件的差異雖較大，但可用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法來處理。這樣安排試驗的方法稱為局部控制，也稱局部管理。試驗設(shè)計的基本原則實施局部控制時的區(qū)組劃分應(yīng)根據(jù)具體情況確定。如時間區(qū)組、空間區(qū)組、儀器設(shè)備區(qū)組、操作人員區(qū)組等。完全隨機化設(shè)計——每個處理隨機地選取實驗單元，適用于實驗的例數(shù)較大或?qū)嶒瀱卧町惡苄〉那闆r。例：大豆施肥量的實驗中，把實驗地塊分為100塊，對氮肥的0、1、2、3kg這4種處理，依次隨機地選出25個地塊作為實驗單元，分別實施一種施肥水平。例：大豆施肥量的實驗中，把實驗地塊分為100塊，對氮肥的0、1、2、3kg這4種處理，依次隨機地選出25個地塊作為實驗單元，分別實施一種施肥水平。試驗設(shè)計的基本原則有些實驗的實驗單元之間本身差異很小或不能事先判斷其差異，只能采用完全隨機化方法分配實驗單元。隨機化區(qū)組設(shè)計——在大豆施加氮肥的4個水平的實驗中，如果實驗地塊僅分為16塊，這時若采用完全隨機化設(shè)計，不同處理所分配到的地塊土壤的性狀就會好壞不均，導(dǎo)致實驗的結(jié)果不真實。這時就要采用隨機化區(qū)組設(shè)計，使好地塊和差地塊在幾個處理中均衡分配。本實驗中地塊的好壞是區(qū)組因素，在選取的16個實驗地塊中要分別包含8個好地塊和8個差地塊，4個施肥量的處理分別隨機選取2個好地塊和2個差地塊。這種方式就是隨機化區(qū)組設(shè)計，其目的就是把性狀不同的實驗單元均衡地分配給每個處理。試驗設(shè)計的基本原則本實驗中地塊的好壞是區(qū)組因素，在選取的16個實驗地塊中要分別包含8個好地塊和8個差地塊，4個施肥量的處理分別隨機選取2個好地塊和2個差地塊。這種方式就是隨機化區(qū)組設(shè)計，其目的就是把性狀不同的實驗單元均衡地分配給每個處理。在蛋糕加工工藝研究中，欲考察不同食品添加劑對各種配方蛋糕質(zhì)量的影響而試驗。試驗有兩個因素，即配方因素A有4個水平，添加劑因素B有3個水平，3次重復(fù)，計36（4×3×3）次實驗。試驗設(shè)計的基本原則在蛋糕加工工藝研究中，欲考察不同食品添加劑對各種配方蛋糕質(zhì)量的影響而試驗。試驗有兩個因素，即配方因素A有4個水平，添加劑因素B有3個水平，3次重復(fù)，計36（4×3×3）次實驗。一個例子：試驗設(shè)計的基本原則重復(fù)、隨機化和局部控制三原則的作用和相互關(guān)系圖：試驗設(shè)計的基本原則圖示說明，隨機化的作用主要在于使試驗數(shù)據(jù)服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，以便對實驗結(jié)果進(jìn)行誤差估計和統(tǒng)計判斷。局部控制的作用在于盡量減少和排除系統(tǒng)差異對實驗結(jié)果的影響及干擾，以便于提高實驗精度。重復(fù)性兼?zhèn)潆S機化和局