生物統(tǒng)計學教學計劃及緒論

1、生物統(tǒng)計學主要教學內容n統(tǒng)計數(shù)據(jù)的搜集與處理n抽樣與抽樣分布n參數(shù)估計和假設檢驗 n單因素方差分析n雙因素方差分析n相關與相關分析 n一元線性回歸和多元回歸分析 n聚類分析n研究示例剖析2生物統(tǒng)計學教學目標n掌握一系列生物統(tǒng)計學的基本概念n掌握單變量或單因子的統(tǒng)計分析方法n掌握一元回歸、多元回歸分析和系統(tǒng)分析原理n初步掌握聚類分析的原理和方法n掌握統(tǒng)計學一般原理和方法在生物學研究中的應用3基本教材基本教材n杜榮騫，2014生物統(tǒng)計學生物統(tǒng)計學（第（第4版）版）高等教育出版社 北京n杜榮騫，2003生物統(tǒng)計學題解和練習生物統(tǒng)計學題解和練習高等教育出版社 北京4參考書目參考書目n余金明、凌莉，醫(yī)學

2、統(tǒng)計學基礎。復旦大學出版社，上海， 2009n李春喜、邵云、姜麗娜，生物統(tǒng)計學（第4版）?？茖W出版社，北京， 2008 n顧志峰、葉乃好、石耀華，實用生物統(tǒng)計學?？茖W出版社，北京，2012 nThomas Glover, Kevin Mitchell, An Introduction to Biostatistics. Waveland Press, Incorporated, 2006 n王天夫、李博柏，STATA實用教程。中國人民大學出版社，北京，2008 5教學方式n傳統(tǒng)教學模式+推介E-labn計算機輔助多媒體教學方式n利用計算機網(wǎng)絡作為輔助教學途徑n指導學生閱讀相關研究文獻n開展基于

3、任務的研究型學習6重點推介網(wǎng)絡統(tǒng)計學E 資源/ntsbarsh/Business-stat/R.htm78教學進程安排n授課 17周n期中測驗 1周n復習 1周n考試 1周n提示：請準備中山大學實驗記錄紙用于提示：請準備中山大學實驗記錄紙用于課堂練習課堂練習。9考核方式n平時考勤、作業(yè)和小測驗，占總成績的30%n課程論文一篇，占總成績的20% n期末閉卷考試，占總成績的50%10p論文形式：研究或綜述小論文(讀3-5篇英文文獻)p論文選題范圍如下（本學期最后（本學期最后1周提交論文周提交論文）p食品添加劑調查研究p地區(qū)癌癥、艾滋病、結核病、地中海貧血癥統(tǒng)

4、計分析p設計特定人群幸福感調查問卷，構建統(tǒng)計指標p模式生物基因組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析p綜述生命科學和醫(yī)學研究中的各種統(tǒng)計指標p中國生物、環(huán)境、醫(yī)學類網(wǎng)絡數(shù)據(jù)源開放度和可用度調查與評估p轉基因與食品安全調查研究p高校學生身體素質統(tǒng)計調查等11協(xié)作研究和評分準則n課程研究論文鼓勵協(xié)作完成n研究論文小組可以由2-3個同學組成n論文題目可以結合自身理解具體化n綜述小論文1人獨立完成p評分標準：研究思路、方案；數(shù)據(jù)獲取、評分標準：研究思路、方案；數(shù)據(jù)獲取、整理方式，分析和計算方法的新穎性整理方式，分析和計算方法的新穎性12重要的生物統(tǒng)計類國際期刊nStatistical Applications in Gen

5、etics and Molecular BiologynThe International Journal of BiostatisticsnBiostatisticsBiostatisticsnJournal of Computational BiologynStatistical Methods in Medical ResearchnBiometrikaBiometrikanJournal of Agricultural, Biological, and Environmental StatisticsnJournal of the American Statistical Associ

6、ation 是被引用最多的數(shù)學科學雜志是被引用最多的數(shù)學科學雜志13不得無故曠課，學期累計不得無故曠課，學期累計無故曠課達三次者，本課無故曠課達三次者，本課程成績不合格。程成績不合格。尊重老師、尊重同學、注尊重老師、尊重同學、注意保持良好的課堂紀律。意保持良好的課堂紀律。關于教學問題，可以隨時關于教學問題，可以隨時舉手提問。舉手提問。14生物統(tǒng)計學生物統(tǒng)計學1516三星首爾醫(yī)院研究小組對三星首爾醫(yī)院研究小組對34.4519萬名萬名40歲至歲至64歲的女性進行了一項身高歲的女性進行了一項身高與死亡率的相關統(tǒng)計調查與死亡率的相關統(tǒng)計調查。對在調查期對在調查期去世去世10216名名女性進行統(tǒng)計調查的

7、結果女性進行統(tǒng)計調查的結果顯示，顯示，女性身高女性身高每高出每高出5厘米，死亡率下降厘米，死亡率下降7%。研究論文刊登在研究論文刊登在2008年年美國醫(yī)學雜志美國醫(yī)學雜志。主要結論，身高每高出主要結論，身高每高出5厘米，患呼吸道疾病和中厘米，患呼吸道疾病和中風風死亡危險性下降死亡危險性下降16%，患糖尿病和循環(huán)系統(tǒng)疾病患糖尿病和循環(huán)系統(tǒng)疾病的幾率下降的幾率下降13%。1718英國英國媒體報道媒體報道，2009年研究年研究發(fā)現(xiàn)，個子相發(fā)現(xiàn)，個子相對較高的人生對較高的人生活更為幸福，活更為幸福，而個子較矮的而個子較矮的人更容易對生人更容易對生活感到不滿意。活感到不滿意。研究結果表明：研究結果表明：

8、那些那些最不快樂最不快樂的人的身高要的人的身高要比所有人的總比所有人的總平 均 身 高 矮平 均 身 高 矮2.54厘米厘米。19英國教授收集了全球英國教授收集了全球140個允許一夫多妻制國家男個允許一夫多妻制國家男子壽命的數(shù)據(jù)，和子壽命的數(shù)據(jù)，和49個實個實行一夫一妻制國家男子平行一夫一妻制國家男子平均壽命進行統(tǒng)計比較，結均壽命進行統(tǒng)計比較，結果發(fā)現(xiàn)一夫多妻制國家男果發(fā)現(xiàn)一夫多妻制國家男子平均壽命要比一夫一妻子平均壽命要比一夫一妻制國家男子平均壽命高出制國家男子平均壽命高出12%。如果一個男子有多個配偶，如果一個男子有多個配偶，他的后代多。為養(yǎng)活這么他的后代多。為養(yǎng)活這么多人，他就會一直小心

9、的多人，他就會一直小心的照顧好自己的身體，到照顧好自己的身體，到60歲或者歲或者70歲還得工作。歲還得工作。就遺傳而言，允許一夫多就遺傳而言，允許一夫多妻制存在的國家，肯定實妻制存在的國家，肯定實施這個制度上千年了，遺施這個制度上千年了，遺傳下來的基因對延長男性傳下來的基因對延長男性的壽命有益。的壽命有益。20科學家收集了科學家收集了35種動物的數(shù)種動物的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，據(jù)，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，19種種“一夫多妻制一夫多妻制”的動物中，雄的動物中，雄性在生命各個階段中的死亡率性在生命各個階段中的死亡率都比雌性高。都比雌性高。但在但在“一夫一妻制一夫一妻制”的動物中，的動物中，雌性和雄性的死亡率卻

10、沒有明雌性和雄性的死亡率卻沒有明顯的差異。顯的差異?？茖W家發(fā)現(xiàn)，在人類社會中，科學家發(fā)現(xiàn)，在人類社會中，那些擁有多個性伴侶的男性，那些擁有多個性伴侶的男性，其壽命要比其他男性短。其壽命要比其他男性短。研究者指出，在人類進化史上，研究者指出，在人類進化史上，曾經(jīng)占有統(tǒng)治地位的一夫多妻曾經(jīng)占有統(tǒng)治地位的一夫多妻制，是造成男性短命的重要原制，是造成男性短命的重要原因。因。所以，男人要想活得長一點，所以，男人要想活得長一點，還是不要還是不要“妻妾成群妻妾成群2122什么是統(tǒng)計?n 統(tǒng)計工作n收集數(shù)據(jù)的活動n 統(tǒng)計數(shù)據(jù)對現(xiàn)象計量的結果 n 統(tǒng)計學n分析數(shù)據(jù)的方法與技術23什么是統(tǒng)計學?n數(shù)據(jù)搜集：例如，

11、調查與試驗n數(shù)據(jù)整理：例如，分組 n數(shù)據(jù)展示：例如，圖和表n數(shù)據(jù)分析：例如，回歸分析24Statistics的定義(不列顛百科全書）pStatistics: the science of collecting, analyzing, presenting, and interpreting data. Copyright 1994-2000 Encyclopaedia Britannica, Inc.25統(tǒng)計數(shù)據(jù)的內在規(guī)律1.正 常 條 件 下 新 生 嬰 兒 的 男 女 性 別 比 為107：1002.投擲一枚均勻的硬幣，出現(xiàn)正面和反面的頻率各為1/2；投擲一枚骰子出現(xiàn)16點的頻率各為1/6

12、3.農(nóng)作物的產(chǎn)量與施肥量之間存在相關關系26非小細胞肺癌相關基因在染色體P臂及Q臂上分布數(shù)量 27非小細胞肺癌相關基因在染色體P臂及Q臂上分布數(shù)量統(tǒng)計規(guī)律 28統(tǒng)計學的應用領域29應用統(tǒng)計的學科領域30應用統(tǒng)計的學科領域(續(xù))31統(tǒng)計學的分科統(tǒng)計學的分科統(tǒng)計學的分科32統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法描述統(tǒng)計描述統(tǒng)計推斷統(tǒng)計推斷統(tǒng)計參數(shù)估計參數(shù)估計假設檢驗假設檢驗33描述統(tǒng)計1.內容內容n搜集數(shù)據(jù)n整理數(shù)據(jù)n展示數(shù)據(jù)2.目的目的n描述數(shù)據(jù)特征n找出數(shù)據(jù)的基本規(guī)律34推斷統(tǒng)計1.內容內容參數(shù)估計假設檢驗2.目的目的對總體特征作出推斷35描述統(tǒng)計與推斷統(tǒng)計的關系36理論統(tǒng)計與應用統(tǒng)計1.理論統(tǒng)計理論統(tǒng)計研

13、究統(tǒng)計學的一般理論研究統(tǒng)計方法的數(shù)學原理2.應用統(tǒng)計應用統(tǒng)計研究統(tǒng)計學在各領域的具體應用37統(tǒng)計學與數(shù)學的關系1.統(tǒng)計學運用到大量的數(shù)學知識2.數(shù)學為統(tǒng)計理論和統(tǒng)計方法的發(fā)展提供基礎3.不能將統(tǒng)計學等同于數(shù)學38統(tǒng)計學與數(shù)學的區(qū)別1.數(shù)學研究的是抽象的數(shù)量規(guī)律，統(tǒng)計學則是研究具體的、實際現(xiàn)象的數(shù)量規(guī)律2.數(shù)學研究的是沒有量綱或單位的抽象的數(shù)，統(tǒng)計學則研究的是有具體實物或計量單位的數(shù)據(jù)3.統(tǒng)計學與數(shù)學研究中所使用的邏輯方法不同數(shù)學研究所使用的主要是的演繹統(tǒng)計學則是演繹與歸納相結合，占主導地位的是歸納39統(tǒng)計學與其他學科的關系1.統(tǒng)計學可以用到幾乎所有的學科領域2.統(tǒng)計學可以幫助其他學科探索學科內

14、在的數(shù)量規(guī)律性3.統(tǒng)計學不能解決各學科領域的所有問題4.對統(tǒng)計分析結果的解釋需要各學科領域的專業(yè)人員的參與40統(tǒng)計學家是科學家Johann Gregor Mendel1822-1884 Pierre Simon Laplace1749-1827 Thomas Robert Malthus1766-1834 Friedrich Gauss1777-1855 Leonhard Euler1707-1783 41歷史上著名的統(tǒng)計學家nJacob Bernoulli (伯努利伯努利) (1654-1705) nEdmond Halley (哈雷哈雷) (1656-1742) nDe Moivre (棣

15、美佛棣美佛) (1667-1754) nThomas Bayes (貝葉斯貝葉斯) (1702-1761)nLeonhard Euler (歐拉歐拉) (1707-1783)nPierre Simon Laplace (拉普拉斯拉普拉斯) (1749-1827) nAdrien Marie Legendre (勒讓德勒讓德) (1752-1833) nThomas Robert Malthus (馬爾薩斯馬爾薩斯) (1766-1834)nFriedrich Gauss (高斯高斯) (1777-1855) nJohann Gregor Mendel (孟德爾孟德爾) (1822-1884)n

16、Karl Pearson (皮爾森皮爾森) (1857-1936)nRonald Aylmer Fisher (費歇費歇) (1890-1962)nJerzy Neyman (內曼內曼)(1894-1981) nEgon Sharpe Pearson (皮爾森皮爾森) (1895-1980) nWilliam Feller (費勒費勒)(1906-1970)42作業(yè)作業(yè)2：請檢索紅請檢索紅色標識學色標識學者在統(tǒng)計者在統(tǒng)計學領域的學領域的主要貢獻。主要貢獻。1周后提周后提交。交。ISI Essential Science Indicators 全球數(shù)學家排名2002RankingNameUniv

17、ersitySubject1Pierre-Louis LionsU. of Paris 9 Mathematics2David L. Donoho Stanford University Statistics3Adrian F.M. Smith U. London Statistics4Elizabeth A. Thompson U. WashingtonBiostatistics5Iain M Johnstone Stanford University Statistics6Jianqing Fan Chinese U. Hong Kong Statistics7Donald B. Rubi

18、nHarvard UniversityStatistics8Ingrid DaubechiesPrinceton University Mathematics9Adrian E. RafteryU. WashingtonStatistics 10Alan E. GelfandU. ConnecticutStatistics11Sun-Wei Guo Med. Coll. Wisconsin Biostatistics12Scott L. ZegerJohns Hopkins Univ. Biostatistics13Peter J. GreenU. of Bristol, UKStatisti

19、cs14Bradley P. CarlinU. of MinnesotaBiostatistics16David G. ClaytonMRC, Cambridge, UKBiostatistics43統(tǒng)計學發(fā)展的歷史線索1.一般認為，統(tǒng)計學產(chǎn)生于17世紀中葉2.統(tǒng)計學的發(fā)展過程基本上沿著兩條主線展開以“政治算術學派”為開端形成和發(fā)展起來、以社會經(jīng)濟問題為主要研究對象的社會經(jīng)濟統(tǒng)計以概率論研究為開端、并以概率論為基礎形成和發(fā)展起來的、以方法和應用研究為主的數(shù)理統(tǒng)計3.今天，社會經(jīng)濟統(tǒng)計和數(shù)理統(tǒng)計仍然在以各自不同的方式發(fā)展著44政治算術社會經(jīng)濟統(tǒng)計1.政治算術學派產(chǎn)生于17世紀中葉的英國，代表人物

20、主要是威廉配第(William Patty，16231687)和約翰格朗特(John Graunt，16201674)2.17世紀中葉的政治算術學派可看作是統(tǒng)計學的開端3.19世紀，沿著約翰格朗特所開創(chuàng)的人口統(tǒng)計以及沿著威廉配第所開創(chuàng)的經(jīng)濟統(tǒng)計有了進一步的發(fā)展4.威廉配第為以后經(jīng)濟統(tǒng)計的發(fā)展開拓了道路；學者約翰格朗特為人口統(tǒng)計的發(fā)展開拓了道路5.政治算術學派則為后來的社會經(jīng)濟統(tǒng)計的發(fā)展奠定了基礎45概率論數(shù)理統(tǒng)計1.概率論研究起源于意大利文藝復興時代2.概率論的真正歷史是從17世紀中葉開始的3.古典統(tǒng)計時期的概率論基本上是獨立發(fā)展的，它與統(tǒng)計學(主要是指政治算術)沒有太多的聯(lián)系4.從19世紀中

21、葉到20世紀中葉，概率論的進一步發(fā)展為數(shù)理統(tǒng)計學的形成和發(fā)展奠定了基礎 5.上世紀50年代以后，統(tǒng)計理論、方法和應用進入了一個全面發(fā)展的階段46統(tǒng)計學中的幾個主要術語n總體(Population)n所關心的所有元素的集合n樣本(Sample)n總體總體的一部分n參數(shù)(Parameter)n總體總體的數(shù)字特征n統(tǒng)計量(Statistic)n樣本樣本的概括性測度值47統(tǒng)計學專業(yè)的課程體系實例n高級隨機方法高級隨機方法n抽樣方法抽樣方法n數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析n無參數(shù)的、多變量的、排序的方法無參數(shù)的、多變量的、排序的方法n試驗計劃試驗計劃n質量保證質量保證n隨機過程（特別是時間順序分析排隊和倉庫保管過程）

22、隨機過程（特別是時間順序分析排隊和倉庫保管過程）n計算機統(tǒng)計軟件計算機統(tǒng)計軟件n人口統(tǒng)計學和傳染病學中的統(tǒng)計方法人口統(tǒng)計學和傳染病學中的統(tǒng)計方法n在一個應用領域內的數(shù)量方法和項目研究在一個應用領域內的數(shù)量方法和項目研究n確定專業(yè)研究方向確定專業(yè)研究方向（如在多特蒙德大學可以研究生物統(tǒng)計、經(jīng)濟統(tǒng)計和技術統(tǒng)計）（如在多特蒙德大學可以研究生物統(tǒng)計、經(jīng)濟統(tǒng)計和技術統(tǒng)計）n用案例分析方式進行的實習（持續(xù)時間較長）用案例分析方式進行的實習（持續(xù)時間較長）n討論課和副修專業(yè)討論課和副修專業(yè)4849什么是生物統(tǒng)計學?n生物統(tǒng)計學是一門探討如何從事生物學實驗研究的設計、取樣、分析、資料整理與推論的科學。 50生

23、物統(tǒng)計學的應用范圍n持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護n資源保護與利用n生態(tài)學研究n分子生物學n高科技農(nóng)業(yè)研究n生物制藥技術n流行病規(guī)律研究與探索n數(shù)量遺傳學研究n生物信息學研究 51生物統(tǒng)計學的價值n21世紀是生命科學的世紀，人類不久將完全揭示人類基因排序，生物統(tǒng)計無疑將會起到重要的作用。n19世紀中葉基因學說的創(chuàng)立，主要依賴于統(tǒng)計推斷技術。n21世紀生命科學中將有大量的相關研究要借助統(tǒng)計方法與技術，這個領域的學者將大有作為。n21世紀醫(yī)學領域的科技創(chuàng)新，將使許多不治之癥得到解決，生物制藥將在醫(yī)學領域大放異彩，統(tǒng)計學方法在生物制藥技術中的廣泛應用將是不爭的事實。52統(tǒng)計學專才就業(yè)前景n統(tǒng)計學專業(yè)的年輕人有足

24、夠的就業(yè)機會進入學術界、工業(yè)部門、政府機構。n在美國，很高比例的統(tǒng)計學專業(yè)研究生出生于外國，畢業(yè)后留在美國。(National Science Foundation (1998) report 98-95)n對生物統(tǒng)計學人才的需求從來沒有象今天這樣迫切，特別是在美國。美國National Research Council 研究結論： 在所有衛(wèi)生科研行業(yè)，最最缺乏的是生物統(tǒng)計學和流行病學領域的人才。（Zelen，2005)53幾種常用的統(tǒng)計軟件n典型的統(tǒng)計軟件典型的統(tǒng)計軟件nSTATAnSPSSnSASnMINITABnSTATISTICAnExcel54STATA介紹介紹n新一代統(tǒng)計學軟件。n

25、STATA是一套提供數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理以及繪制專業(yè)圖表的完整及整合性統(tǒng)計軟件。n新版STATA采用最具親和力的窗口接口，使用者自行建立程序時，軟件能提供具有直接命令式的語法。nSTATA軟件可以透過網(wǎng)絡實時更新每天的最新功能。55STATA功能功能nSTATA統(tǒng)計功能很強，除傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法外，收集了近 20 年發(fā)展起來的新方法，例如，Cox 比例風險回歸，指數(shù)與 Weibull 回歸，多類結果與有序結果 logistic 回歸， Poisson 回歸，負二項回歸及廣義負二項回歸，隨機效應模型等。nSTATA的作圖功能強勁。nSTATA的矩陣運算功能豐富。nSTATA具備程序設計功能。56S

26、PSS介紹介紹nSPSS（Statistical Package for the Social Science）n20世紀60年代末，美國斯坦福大學的三位研究生研制開發(fā)了最早的統(tǒng)計分析軟件SPSS，同時成立了SPSS公司，于1975年在芝加哥組建了SPSS總部。 57SPSSn目前， SPSS已推出9個語種版本。SPSS/PC的推出，極大地擴充了它的應用范圍，使其能很快地應用于自然科學、技術科學、社會科學的各個領域。n基本功能包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、圖表分析、輸出管理等等。n統(tǒng)計分析過程包括描述性統(tǒng)計、均值比較、一般線性模型、相關分析、回歸分析、對數(shù)線性模型、聚類分析、數(shù)據(jù)簡化、生存分析、時間

27、序列分析、多重響應等幾大類 5859自動統(tǒng)計圖形及回歸分析集成系統(tǒng)自動統(tǒng)計圖形及回歸分析集成系統(tǒng)n集回歸分析、統(tǒng)計、統(tǒng)計圖形、圖文混合編輯和文件管理功能于一身的通用集成應用系統(tǒng)。n含八類共31種統(tǒng)計圖形，多項式逐步回歸及其它多種非線性回歸。n適用于各行各業(yè)的教學、科研、統(tǒng)計、管理、決策和科技出版等部門。60簡明統(tǒng)計軟件（CS）n為非專業(yè)人員設計，有兩大特點：一是簡明實用（只要具備最基本的統(tǒng)計學知識，即可做到無師自通）；二是物美價廉（原則是無償復制，有償使用，任何人均可以免費獲得本軟件，并可免費使用30次）。 61CS功能介紹n統(tǒng)計分析、研究設計、統(tǒng)計模擬。n統(tǒng)計分析模塊，可完成常見資料的各種統(tǒng)計分析，包括：統(tǒng)計描述；參數(shù)估計；假設檢驗；直線相關回歸。n可對多種研究類型進行樣本含量估計和檢驗效能估計。62QstatnQstat (Quick Statistical Analysis Software)快速數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析