第四節(jié)-實驗誤差及控制

1實驗誤差及其控制2反映事物總體真正的實際值稱為真值(truevalue)，實驗所得到的觀測值與真值之間所存在的差距稱為誤差(error)。在整個實驗過程中，從抽樣、分組，直到施加處理因素及收集數(shù)據(jù)資料，都可能受到各種各樣干擾因素的影響，因此所獲得的實驗數(shù)值往往不能與總體的真值完全符合，這已經(jīng)被無數(shù)的科研工作所證實。

3實驗誤差（experimentalerror)

實驗所得到的觀測值與客觀存在的真值之間的差距(非主觀原因)。

系統(tǒng)誤差隨機誤差過失誤差4系統(tǒng)誤差(systematicerror)

由某種固定的原因(如方法技術(shù)、儀器和

試劑、實驗條件、順序等）所造成的誤差。

系統(tǒng)誤差二個重要特性：⑴單向性:偏差的方向一致（偏高或低）；

⑵可消除性:找出原因，通過合理設計或控

制原因，即可基本消除或減小至最小程度。51.方法技術(shù)誤差是由于分析的方法和技術(shù)本身的原因引起的誤差。如選用的方法不當、技術(shù)熟練程度差、操作規(guī)程錯誤、量的概念和時間概念不強以及檢驗質(zhì)量控制不嚴等。2.儀器和試劑誤差主要表現(xiàn)在設備條件方面，包括各種檢測儀器、儀表、器械、測量工具及實驗室各種常用的物品等。凡是由于實驗過程中所用器具的不準確性造成的誤差，皆屬儀器誤差。系統(tǒng)誤差的種類63.條件誤差

主要表現(xiàn)在受試對象所處的環(huán)境條件和實驗室環(huán)境條件方面。實驗條件控制不好，如季節(jié)、時間、溫度、pH值、受試因素未標準化與固定化(如藥材的產(chǎn)地、采取的時間……)等，往往使所獲得的觀測數(shù)值不同，這種差別一般稱為條件誤差。7環(huán)境條件的變化體現(xiàn)在時間與空間上，為避免條件誤差的產(chǎn)生，要求實驗組與對照組的處理和觀察均應在同一時間和空間內(nèi)進行，不能一前一后，也不能兩地分置，對實驗組和對照組的受試對象應遵照公平對待和條件等同的原則。比如不能將實驗組的動物放置在陽光充足，通風良好，飲食、供水及時的場所，而對照組的動物放在陰冷潮濕的角落，飲食和供水也不及時。8如果研究的對象是病人，應使二組病人所處病室內(nèi)的溫度、濕度、照明、聲響、營養(yǎng)飲食乃至醫(yī)務人員的服務態(tài)度等諸方面大致相同。如果實驗的工作量不大時，最好能集中在同一時間內(nèi)一氣呵成，如果實驗時間需要很長，則必須控制環(huán)境條件中重要因素的恒定。實驗條件控制得不好，就會發(fā)生處理因素與非處理因素的交叉，甚至無法判斷某些實驗結(jié)果是哪個實驗因素造成的。94．順序誤差

是一種特殊形式的條件誤差。實驗總是有先有后按照一定的順序進行，生物的許多機能和反應性都有隨著時間有節(jié)律性動搖的特性，如果將實驗組與對照組的實驗順序固定，就忽略了時間變化影響實驗效應的因素；另外順序誤差也體現(xiàn)在實驗操作者的精力和體力的疲勞方面.所以最后結(jié)果中的差別，很難明確地說明是實驗因素的效應還是隱藏在固定順序中的順序誤差所造成的。10當不同的組不是同時進行，而是按一定順序先后進行實驗時，如果時間拖得較久，即可能發(fā)生誤差。當在同一個體按一定順序先后進行不同處理時，如果時間相隔較短，先前的處理可能影響機體對后繼處理的反應。防止順序誤差較好的辦法是在實驗的順序中適當?shù)牟捎秒S機化原則。115.分配誤差

是由分組不夠合理所造成。在分組過程中，由于方法上的不當，往往會出現(xiàn)一些偏性。如驗證某一新療法或新藥的療效時，或是通過實驗來實現(xiàn)研究者的主觀愿望時，常常自覺或不自覺地把病情較輕或是容易治愈的患者編入實驗組，以便取得更多的陽性數(shù)。因為這種意愿，首先就會在主觀意識中形成一種偏性，帶入到分組過程而形成分配誤差。實驗中的分配誤差基本上可以控制，最有效的方就是隨機分組。126．主觀誤差

是研究者在觀察結(jié)果時自覺或不自覺地帶有主觀片面性所造成的。研究者總是希望實驗結(jié)果能與設計假說符合，所以在觀察結(jié)果時可能將符合主觀愿望的結(jié)果一律保留，不符合主觀愿望的結(jié)果則尋找借口予以排除。要避免主觀誤差給研究結(jié)果或結(jié)論帶來不應有的影響，研究者必須堅持實事求是的科研準則，是即是，非即非，否則即使一時能自圓其說，但最終仍經(jīng)不住實踐的檢驗。13隨機誤差(randomerror)

排除系統(tǒng)誤差后隨機發(fā)生的誤差，包括偶然誤差和抽樣誤差，具有可變性和不可避免性。141.偶然誤差(accidentalerror)是由一些暫時無法控制的微小因素所造成的誤差。偶然誤差幾乎不可避免，誤差的大小完全由偶然性來決定，例如實驗過程中微小氣候與周圍電磁場的微小變動，儀器性能的微小變化等。隨機誤差的種類152.抽樣誤差(samplingerror)

抽樣的樣本與總體之間總是存在著或多或少的差異?？傮w(popu1ation)是研究對象的全體；樣本(sample)是從總體中抽取的一部分個體。

在科研中幾乎都是用抽樣的研究方法來說明被研究對象的總體。16為了準確地表示樣本內(nèi)各個觀測值的變異程度，人們首先會考慮到以平均數(shù)為標準，求出各個觀測值與平均數(shù)的離差，即，稱為離均差。雖然離均差能表達一個觀測值偏離平均數(shù)的性質(zhì)和程度，但因為離均差有正、有負，離均差之和為零，即Σ

=0，因而不能用離均差之和Σ來表示資料中所有觀測值的總偏離程度。17先將各個離均差平方，即

，再求離均差平方和，即Σ簡稱平方和，記為SS；由于離差平方和常隨樣本大小而改變，為了消除樣本大小的影響，用平方和除以樣本大小，即Σ，求出離均差平方和的平均數(shù)；統(tǒng)計量Σ稱為均方（meansquare縮寫為MS）,又稱樣本方差，記為S2，即S2=標準差：18實際工作中，總體標準差往往是未知的，一般可用樣本標準差sd代替：因為標準差sd隨樣本含量的增加而趨于穩(wěn)定，故增加樣本含量可以降低抽樣誤差。

19標準差和標準誤的意義、作用和使用范圍均不同標準差(亦稱單數(shù)標準差)一般用sd表示,是表示個體間變異大小的指標，反映了整個樣本對樣本平均數(shù)的離散程度，是數(shù)據(jù)精密度的衡量指標；而標準誤一般用Sx表示,反映樣本平均數(shù)對總體平均數(shù)的變異程度，從而反映抽樣誤差的大小，是量度結(jié)果精密度的指標。

20隨著樣本數(shù)(或測量次數(shù))n的增大,標準差趨向某個穩(wěn)定值，即樣本標準差s越接近總體標準差σ

標準誤則隨著樣本數(shù)(或測量次數(shù))n的增大逐漸減小，即樣本平均數(shù)越接近總體平均數(shù)μ；故在實驗中也經(jīng)常采用適當增加樣本數(shù)(或測量次數(shù))n減小S?x的方法來減小實驗誤差，但樣本數(shù)太大意義也不大。21標準差是最常用的統(tǒng)計量；一般用于表示一組樣本變量的分散程度。標準誤一般用于統(tǒng)計推斷中,主要包括假設檢驗和參數(shù)估計；如樣本平均數(shù)的假設檢驗、參數(shù)的區(qū)間估計與點估計等。 標準差與標準誤既有明顯區(qū)別,又密切相關(guān)：標準誤是標準差的1/；二者都是衡量樣本變量(觀測值)隨機性的指標,只是從不同角度來反映誤差；二者在統(tǒng)計推斷和誤差分析中都有重要的應用。22在統(tǒng)計學上用標準誤(standarderror,SX)表示抽樣誤差大小:

均數(shù)SX的計算公式：

相對數(shù)SX的計算公式：

P:陽性率；q:(1-P)隨機誤差的種類--抽樣誤差23用SX估計總體均數(shù)（m）存在的可能范圍（95%及99%可信區(qū)間）

大樣本時：

小樣本時：

相對數(shù)查二項分布可信區(qū)間表。

(對應P及自由度t值在excel中用TINV查得）

24為了盡可能的減少抽樣誤差，要遵循“隨機抽樣”的原則。從理論上講，不斷加大樣本含量可使隨機誤差逐漸減小，但無論如何樣本都不可能百分之百地反映出總體的真值，只能努力爭取更好的接近它。樣本含量應適當增加，過多地增加會有一定困難，也不足取。25過失誤差是因工作中的差錯所造成的誤差。

過失誤差的特點是：

(1)異常性：實驗結(jié)果出現(xiàn)反常變化

(2)可避免性

工作中馬虎大意、責任心不強、制度不嚴等，都能造成這種錯誤，純粹是一種責任事故。如取錯標本、編錯號碼、數(shù)據(jù)記錄錯行、刻度或指針錯誤、試管歸位錯誤、計算結(jié)果錯誤、檢驗結(jié)果張冠李戴等等。這些情況不僅給實驗結(jié)果帶來較大的誤差，有時甚至可以打亂整個數(shù)據(jù)資料。26

如果錯誤十分明顯尚能很快發(fā)覺，而一般的過失誤差往往在最后的數(shù)據(jù)分析時也難發(fā)現(xiàn)．使實驗結(jié)果受到很大的影響甚而導致錯誤的結(jié)論。過失誤差是人為的誤差，完全可以防止。這就要求實驗人員一方面提高責任心，認真地操作和記錄，一方面要完善各項工作制度和嚴格管理。

27實驗誤差的控制設對照組合理確定樣本數(shù)實驗方法要標準化平行或重復實驗增加主觀指標的客觀性控制實驗誤差應從實驗設計、實驗過程、以及實驗結(jié)果分析等各個階段采取相應的措施加以控制。281.設立對照，嚴格按隨機化原則抽樣和分組任何可能發(fā)生的條件誤差都會以同等程度影響到實驗組與對照組，以對照組作為基礎來比較觀察處理效應，就有可能抵消非處理因素的干擾。在確定對照組和實驗組時要遵循隨機化原則，這樣任何可能發(fā)生的誤差就以同等的機率影響實驗組與對照組，從而也在對比時相互抵消。同樣順序誤差也可通過隨機化方法決定實驗順序而加以控制。292.合理確定樣本數(shù)

樣本數(shù)越大其抽樣誤差越小，所得的實驗結(jié)果適用范圍越廣。但樣本數(shù)過大實踐上困難甚多，也并非絕對必要。另一方面，樣本數(shù)太小時，發(fā)生抽樣誤差和不均衡性的可能性增大。應按數(shù)理統(tǒng)計原則合理確定樣本數(shù)的大小。303.實驗方法要標準化

所謂標準化就是要有具體的規(guī)定，明確的標準。諸如測量步驟樣本收集及預處理儀器的標準與操作方法試劑的配制和標定結(jié)果的判斷和記錄方式等等均應有統(tǒng)一的要求，而且所有標準一旦規(guī)定，任何實驗者不得擅自更改。314.平行或重復實驗在實驗效應的測量中，即使反復測定同一樣本中某物質(zhì)的含量，也不可能每次測定的結(jié)果都一樣，因為有些誤差是無法消滅的，如操作誤差(每次取樣的量不可能絕對一致)，儀器誤差(受儀器精密度所決定)等。但是這一類誤差多是非定向的，有時使測定值偏高，有時則偏低，因此單獨一次的測值可能誤差大些，但測定的次數(shù)越多這種誤差部分相互抵消使均值更接近于真值。因此主張用平行多份樣本(至少雙份、三份)或反復多次重復測定取其均值的辦法，如血壓要測定幾次，血液生化指標測定要作平行雙份樣本等，判讀超聲圖像、X光片、CT片、心電圖等，應由幾位醫(yī)生共同進行，或是一位醫(yī)生間隔一定時間多次判讀，較為穩(wěn)妥。

32

過失誤差的發(fā)生是偶然的，在平行的，特別是重復的實驗中再度發(fā)生的機率很小，因此可通過重復實驗排除，而真實的實驗結(jié)果在重復實驗時仍應出現(xiàn)。重復實驗不只是簡單的重復，它能指導方向，避免錯誤，提高質(zhì)量。在總例數(shù)同為100的情況下，每次50例，分兩次進行的實驗結(jié)果，如果一致，要比單次進行100例實驗所獲得的結(jié)果更為可靠。實驗誤差的控制（平行或重復實驗）335.增加主觀指標的客觀性

在臨床實驗中，由于是以人為研究對象，心理偏因造成的誤差較為突出，為防止這種誤差，主要采用“盲實驗”和“安慰劑”等。34實驗效應測量時需要注意的幾個質(zhì)量水平指標正式實驗開始前應對整個測量系統(tǒng)進行質(zhì)量控制，一定要達到要求的水平，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。351.特異性(specificity)

指測量特定項目而不受其它(特別是近似的或關(guān)聯(lián)的)項目干擾的能力。