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二、方差分析模型一、方差分析的基本原理三、方差分析的步驟第七章方差分析四、方差分析的實(shí)例五、均數(shù)的多重比較六、復(fù)因子方差分析七、方差分析的條件及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一、方差分析的功用以前學(xué)習(xí)了一、二個(gè)樣本的u檢驗(yàn)、t檢驗(yàn),唯獨(dú)沒(méi)有提到對(duì)可量資料多個(gè)總體平均數(shù)的檢驗(yàn)。本章中就討論對(duì)可量資料多個(gè)總體平均數(shù)的檢驗(yàn)方法,那就是方差分析(AnalysisofVariance,或簡(jiǎn)稱ANOVA)
方差分析的功用是對(duì)多個(gè)總體平均數(shù)的差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)的方法。它是一個(gè)強(qiáng)有力的統(tǒng)計(jì)分析
工具。例:5個(gè)處理的試驗(yàn),方差分析需要1次分析,t檢驗(yàn)需要10次分析。第一節(jié)方差分析的基本原理t檢驗(yàn)與方差分析的區(qū)別(假定以5個(gè)處理,10次重復(fù)為例,α=0.05)比較內(nèi)容t檢驗(yàn)方差分析資料的利用率低:每次僅用兩組高:每次要用全部數(shù)據(jù)對(duì)原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的影響殘:割裂整體設(shè)計(jì)全:全盤(pán)考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)犯錯(cuò)誤概率(至少有一個(gè)被誤判的機(jī)率)大:1-(1-0.05)10
=0.401?。?.05結(jié)論的可靠性低:統(tǒng)計(jì)量的自由度小(df=18)高:統(tǒng)計(jì)量的自由度大(df=45)第一節(jié)方差分析的基本原理二、方差分析的種類:1、單因子試驗(yàn)的方差分析(1)單方面分類的方差分析----完全隨機(jī)排列、成組法等(2)雙方面分類的方差分析----隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、配對(duì)法等(3)三方面分類的方差分析----拉丁方設(shè)計(jì)2、復(fù)因子試驗(yàn)的方差分析(1)無(wú)交互作用的方差分析(2)有交互作用的方差分析第一節(jié)方差分析的基本原理三、方差分析的思路第一節(jié)方差分析的基本原理(1)方差分析的基本思路是將試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總變異分解為已知的若干由可控因素引起的變異和由誤 差引起的變異;(2)再將要考察的可控因素引起的變異與誤差引起的變異比較;(3)如果可控因素引起的變異顯著地大于誤差引起
的變異,便可判定該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有顯著的
效應(yīng)。四、方差的分解第一節(jié)方差分析的基本原理
假設(shè):某一影響因子A有a(a≥3)個(gè)水平的處理,在每一水平上有m個(gè)重復(fù)觀測(cè)值,則該資料共有am個(gè)觀測(cè)值,試分析因子A的各個(gè)水平之間有無(wú)顯著差異。1、方差分析的基本符號(hào)A因素
觀測(cè)值
均值
12...a
...1、方差分析的基本符號(hào)
=++…+
總和:矯正數(shù):2、總平方和的分解
總變異平方和:總平均值:
2、總平方和的分解可證中間項(xiàng):2、總平方和的分解總平方和分解為組間平方和和誤差平方和。誤差平方和:組間平方和:總平方和、組間平方和、誤差平方和的計(jì)算2、總平方和的分解3、總自由度的分解各種自由度的計(jì)算:(1)總自由度dfT=am-1(2)組間自由度dfA=a-1(3)組內(nèi)自由度dfe=a(m-1)4、各種方差、F值的計(jì)算:各種方差的計(jì)算:(1)組間方差:(2)組內(nèi)方差:F檢驗(yàn)及其實(shí)質(zhì):
本質(zhì)差異=
—————試驗(yàn)誤差第二節(jié)單方面分類的方差分析整地深度苗高生長(zhǎng)觀測(cè)值Xij15202530687673647170747680828179859089909510410199分析造成苗木生長(zhǎng)差異的原因?1、整地深度不同2、每株的環(huán)境不一樣例:整地深度(A,cm)對(duì)比試驗(yàn),試分析不同的
整地深度對(duì)苗木的高生長(zhǎng)有否顯著的影響?第二節(jié)單方面分類的方差分析單方面分類的方差分析:SS總=SS組間+SS誤差
即SST=SSA+SSe所謂類間即品種間或處理間等等。第二節(jié)雙方面分類的方差分析CKABBCCKCCKAABC區(qū)組Ⅰ區(qū)組Ⅱ區(qū)組Ⅲ隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),三次重復(fù),四種施肥(含對(duì)照)試驗(yàn),測(cè)量大豆的產(chǎn)量。瘦肥第二節(jié)雙方面分類的方差分析分析造成大豆產(chǎn)量差異的原因?1、肥料間(類間)2、區(qū)組間3、機(jī)誤第二節(jié)雙方面分類的方差分析雙方面分類的方差分析:SS總=SS區(qū)組間+SS類間+SS誤差
即SST=SSB+SSA+SSe所謂類間即類間或處理間等等。第二節(jié)三方面分類的方差分析EACBEDBAEDCCEDBACAEDACBDB5*5拉丁方設(shè)計(jì)第二節(jié)三方面分類的方差分析分析造成差異的原因?1、橫行間2、直行間3、處理間(類間)4、機(jī)誤第二節(jié)三方面分類的方差分析三方面分類的方差分析:SS總=SS橫行間+SS直行間+
SS類間+SS誤差
即SST=SSA+SSB+SSt+SSe所謂類間即品種間或處理間等等。分為四個(gè)步驟:第一步:對(duì)所研究的總體參數(shù)提出假設(shè)第二步:計(jì)算矯正數(shù)及各種平方和第三步:列方差分析表并進(jìn)行F檢驗(yàn)第四步:若F檢驗(yàn)達(dá)顯著,則進(jìn)行多重比較第三節(jié)方差分析的步驟:第三節(jié)方差分析的步驟:第一步:作檢驗(yàn)的假設(shè)
原假設(shè)HO:1=2=…=
a
備擇假設(shè)HA:并非所有
i都相等第三節(jié)方差分析的步驟:(4)誤差平方和=總平方和-組間平方和(3)組間平方和=(各組之和平方后相加/重復(fù)數(shù))
-矯正數(shù)(1)矯正數(shù)=總和平方/觀測(cè)值的個(gè)數(shù)(2)總平方和=平方總和-矯正數(shù)第二步:計(jì)算矯正數(shù)及各種平方和第三節(jié)方差分析的步驟:第三步:作方差分析表并作F檢驗(yàn):變異來(lái)源自由度平方和方差
FF0.05F0.01顯著性組間誤差a-1a(m-1)*總和am-1第四步:F檢驗(yàn)結(jié)論:
第四節(jié)方差分析實(shí)例整地深度苗高生長(zhǎng)觀測(cè)值Xij152025306876736471707476808281798590899095104101993523824244892486629276360484794370.476.484.897.81239041459241797762391211647138133688725在分析前計(jì)算各處理的和、平方和、平均數(shù)、和平方第四節(jié)方差分析實(shí)例第二步:計(jì)算矯正數(shù)及各種平方和(1)矯正數(shù)=總和平方/觀測(cè)值的個(gè)數(shù)
=16472/4x5
=135630.45
第一步:作檢驗(yàn)的假設(shè)HO:A=B=C=D 即各種整地深度對(duì)苗木的生長(zhǎng)影響是一樣的。HA:并非所有
i都相等第四節(jié)方差分析實(shí)例(2)總平方和=平方總和-矯正數(shù)=138133-135630.45=2502.55(3)組間平方和=(各組之和平方后相加/重復(fù)數(shù))
-矯正數(shù)=(688725/5)-135630.45=2114.55(4)誤差平方和=總平方和-組間平方和 =2502.55-2114.55 =388.00第四節(jié)方差分析實(shí)例第三步:作方差分析表并作F檢驗(yàn):變異源自由度平方和方差FF0.05F0.01顯著性因素誤差3162114.55388.00704.8524.2529.063.245.29**總和192502.55F檢驗(yàn)結(jié)論:整地的不同深度對(duì)苗木生長(zhǎng)有極
顯著影響多重比較常用的三種方法:第五節(jié)平均數(shù)間的多重比較1、最小顯著差數(shù)法(LSD法或
t
檢驗(yàn)法)3、Tukey法(HSD法或稱圖基q檢驗(yàn))2、新復(fù)極差法(SSR法或稱鄧肯q檢驗(yàn))方差分析顯著時(shí),需要對(duì)各處理的平均值進(jìn)行多重比較第五節(jié)多重比較在上例的均值比較中,各自的
t
用各自的來(lái)計(jì)算:1、最小顯著差數(shù)法(LSD法)m
為重復(fù)數(shù),S2e為誤差項(xiàng)的方差df=誤差自由度表7.5多重比較梯形表(LSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.4*2076.46.01570.4表7.5多重比較梯形表(LSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.4*2076.46.01570.4結(jié)論:整地深度為30CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的高于其他深度;整地深度為25CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的高于15CM的和顯著的高于20CM的;整地深度為20CM和15CM的苗木高生長(zhǎng)無(wú)顯著差異。應(yīng)推廣整地深度為30CM。表7.5多重比較梯形表(LSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.4*2076.46.01570.4標(biāo)記字母法標(biāo)記字母法處理平均數(shù)差異顯著性
=0.05
=0.013097.8aA2584.8bB2076.4cBC1570.4cC表7.5例7.1的多重比較梯形表(LSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.4*2076.46.01570.4劃線法=0.05時(shí)
97.8(30)84.8(25)76.4(20)70.4(15)--------------------------------------------------------
第五節(jié)多重比較2、新復(fù)極差法(SSR法或稱鄧肯q檢驗(yàn))(1)計(jì)算抽樣誤差:(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):2、新復(fù)極差法(SSR法或稱鄧肯q檢驗(yàn))(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):處理數(shù)2343.004.133.154.343.234.452、新復(fù)極差法(SSR法或稱鄧肯q檢驗(yàn))(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):處理數(shù)2343.004.133.154.343.234.452、新復(fù)極差法(SSR法或稱鄧肯q檢驗(yàn))(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):處理數(shù)2343.004.133.154.343.234.45例1的多重比較梯形表(SSR法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.4*2076.46.01570.4結(jié)論:1、整地深度為30CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的優(yōu)于
其他深度;
2、整地深度為25CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的優(yōu)于
15CM的,顯著的高于20CM;
3、其余整地深度間的苗木高生長(zhǎng)無(wú)顯著差異。
應(yīng)推廣整地深度為30CM。第五節(jié)多重比較3、Tukey法(HSD法或稱圖基q檢驗(yàn))(1)計(jì)算抽樣誤差:(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):第五節(jié)多重比較3、Tukey法(HSD法或稱圖基q檢驗(yàn))(1)計(jì)算抽樣誤差:(2)計(jì)算比較標(biāo)準(zhǔn):表7.5例7.1的多重比較梯形表(HSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.42076.46.01570.4
例1的多重比較梯形表(HSD法)處理名稱平均數(shù)與15比與20比與25比3097.827.4**21.2**13.0**2584.814.4**8.42076.46.01570.4結(jié)論:1、整地深度為30CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的優(yōu)于
其他深度;
2、整地深度為25CM的苗木高生長(zhǎng)極顯著的優(yōu)于
15CM的;
3、其余整地深度間的苗木高生長(zhǎng)無(wú)顯著差異。
應(yīng)推廣整地深度為30CM。
事實(shí)上,對(duì)于一個(gè)具體的試驗(yàn)資料,選用那種方法進(jìn)行多重比較,是完全根據(jù)試驗(yàn)的目的而定的。
一般地說(shuō):設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,不夠周密的初級(jí)試驗(yàn),作多重比較
時(shí),可采用LSD法;設(shè)計(jì)比較周密的高級(jí)試驗(yàn),作多重比較時(shí),可采用
TUKEY的
HSD檢驗(yàn)法;
一般的試驗(yàn),作多重比較時(shí),常采用Duncan的
SSR檢驗(yàn)法第五節(jié)三種方法比較復(fù)因子試驗(yàn)方差分析是指對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)同時(shí)受到兩個(gè)及兩個(gè)以上的試驗(yàn)因素作用的試驗(yàn)資料的方差分析。交互作用:在復(fù)因子試驗(yàn)中,一個(gè)因素的作用可能受到另一個(gè)因素的影響,表現(xiàn)為某一因素在另一因素的不同水平上所產(chǎn)生的效應(yīng)不同,這種現(xiàn)象稱為該兩因素存在交互作用。第六節(jié)復(fù)因子方差分析
無(wú)交互作用正交互作用負(fù)交互作用A1A2A1A2A1A2B2B1B2B1B1B2注意:生產(chǎn)實(shí)際中,如明確因子間不存在交互作用,則可以只考慮各個(gè)因子的主效應(yīng)。存在交互作用時(shí),高級(jí)交互作用很難解釋,一般結(jié)合專業(yè)知識(shí)主要考慮兩個(gè)因子的交互作用。第六節(jié)復(fù)因子方差分析
正交互作用A1A2B2B1例:測(cè)試含兩種添加劑(A賴氨酸,B蛋氨酸,各二水平)的飼料對(duì)雛雞的育肥(增重)效果,試分析兩種氨基酸之間的交互作用。A1A2A2-A1B147048212B248051232B2-B11030470480510第六節(jié)復(fù)因子方差分析
要點(diǎn):設(shè)置重復(fù)進(jìn)行復(fù)因子試驗(yàn)一般應(yīng)設(shè)置重復(fù),以便正確估計(jì)試驗(yàn)誤差,深入研究因素間的交互作用。復(fù)因子試驗(yàn)的每一水平組合沒(méi)有重復(fù)時(shí),每一水平組合只有一個(gè)觀測(cè)值,方差分析時(shí)把交互作用的變異做為隨機(jī)誤差引起的變異。其不足之處有二:其一、是無(wú)法估計(jì)真正的試驗(yàn)誤差,不能對(duì)交互作用進(jìn)行研究。其二、是如果交互作用比較大時(shí),有可能掩蓋試驗(yàn)因素的顯著性。第六節(jié)復(fù)因子方差分析
兩因子試驗(yàn):假定參試因子為A及B,A分為a個(gè)水平。B分為b個(gè)水平,若設(shè)r個(gè)區(qū)組,則全試驗(yàn)共有abr個(gè)小區(qū)。數(shù)學(xué)模型為:(i=1,2,…,a;j=1,2,…,b;k=1,2,…,r)其中μ為總平均值值,γk為第k區(qū)組的效應(yīng)值,αi為第i個(gè)A水平的效應(yīng)值,βj為第j個(gè)B水平的效應(yīng)值,(αβ)ij為Ai與Bj之間的交互作用,εijk為隨機(jī)誤差。第六節(jié)復(fù)因子方差分析
方差分析表變異來(lái)源自由度平方和均方F值
F0.05F0.01區(qū)組間dfr
=r-1SSrMSrFrA間dfA
=a-1SSA
MSA
FA
B間dfB
=b-1SSB
MSB
FB
AB互作dfAB
=(a-1)(b-1)SSAB
MSAB
FAB
誤差dfe
=(r-1)(ab-1)SSe
MSe
總變異dfT=abr-1SST
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
例1考察三種生長(zhǎng)素Ai(i=1,2,3)和兩種葡萄糖濃度Bj(j=1,2)所配成的6種培養(yǎng)基對(duì)香草蘭胚狀體發(fā)育的影響。將接種好的培養(yǎng)皿放置在四個(gè)培養(yǎng)箱(k=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)中,按隨機(jī)區(qū)組排列,每培養(yǎng)箱為一個(gè)區(qū)組。如果除區(qū)組效應(yīng)不需考察交互作用,其余效應(yīng)可能存在交互作用效應(yīng),試對(duì)資料進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?。所得?shù)據(jù)如下表所示:第六節(jié)復(fù)因子方差分析
所得數(shù)據(jù)如下表所示:生長(zhǎng)素(A)糖濃度(B)區(qū)組(培養(yǎng)箱k)ⅠⅡⅢⅣA1B18969B25685A2B14332B24538A3B15968B23256第六節(jié)復(fù)因子方差分析
平方和的分解:矯正項(xiàng)C.T.=觀察值總和的平方/觀察值總數(shù)目=1322/24=726總平方和SST=各觀察值平方之和-C.T.=844-726=118區(qū)組間平方和SSr
=各區(qū)組和的平方之和/每區(qū)組的觀察值數(shù)目-C.T.=4402/6-726=7.6667 A因素平方和=各A水平和的平方之和/每A水平的觀察值數(shù)-C.T.=6096/8–726=36B因素平方和=各B水平和的平方之和/每B水平的觀察值數(shù)-C.T.=8784/12–726=6AB交互作用平方和=70–36–6=28誤差平方和SSe=總平方和-區(qū)組平方和-處理平方和=118-7.6667-70=40.3333第六節(jié)復(fù)因子方差分析
自由度的分解:總自由度dfT=abr-1
=3×2×4-1
=24-1
=23區(qū)組間自由度dfr=r-1=4-1
=3A因素自由度dfA=a-1=3-1=2B因素自由度dfB=b-1=2-1=1AB交互作用自由度dfAB=dfA×dfB=2×1=2誤差自由度dfe=dfT-dfr-dfA-dfB-dfAB=23-3-2-1-2=15
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
所得方差分析表:變異來(lái)源
自由度
平方和
均方
FF0.05
F0.01
區(qū)組間37.66672.55560.95043.295.42A間
236.000018.00006.6942**3.686.36B間
16.00006.00002.23144.548.68AB互作
228.000014.00005.2066*3.686.36誤差1540.33332.6889
總變異23118.0000
表明:A的三個(gè)水平(即三種生長(zhǎng)素)之間極顯著差異,需要對(duì)它們進(jìn)行多重比較。AB之間具有顯著的交互作用,可以通過(guò)對(duì)處理組合間的多重比較來(lái)分析它們的關(guān)系。
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
對(duì)A因素進(jìn)行比較的判斷臨界值
GSSR0.05
SSR0.01
LSR0.05
LSR0.01
23.014.171.74512.417633.164.371.83202.5335生長(zhǎng)素編號(hào)平均數(shù)與A2比與A3比A1
7.03.0**1.5A3
5.51.5
A2
4.0
對(duì)A因素的多重比較結(jié)果
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
對(duì)處理組合進(jìn)行比較的判斷臨界值
GSSR0.05
SSR0.01
LSR0.05
LSR0.01
23.014.172.473.4233.164.372.593.5843.254.502.663.6953.314.582.713.7663.364.642.753.80對(duì)處理組合進(jìn)行比較的結(jié)果組合均數(shù)-A2B1-A3B2-A2B2-A1B2-A3B1A1B1
85**
4**3*21A3B1
74**3*
21
A1B2
63*
21
A2B2
521
A3B2
41
A2B1
3
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
生長(zhǎng)素與糖濃度的交互作用
第六節(jié)復(fù)因子方差分析
三因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析分析方法同二因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析,只是平方和和自由度的分解有些區(qū)別。假定參試因子為A,B,C三個(gè),A取a個(gè)水平,B取b個(gè)水平,C取c個(gè)水平,重復(fù)r次,故共有abcr個(gè)小區(qū)。平方和分解:SST=SSA+SSB+SSC+SSAB+SSAC+SSBC+SSABC+SSe第六節(jié)復(fù)因子方差分析
自由度分解:dfA=a-1dfB=b-1dfC=c-1dfAB=(a-1)(b-1)dfAC=(a-1)(c-1)dfBC=(b-1)(c-1)dfABC=(a-1)(b-1)(c-1)dfe=(abc-1)(r-1)dfT=abcr-1第六節(jié)復(fù)因子方差分析
一、方差分析的條件1、數(shù)據(jù)中的各種效應(yīng)應(yīng)該具有“可加性”;4、所有的處理應(yīng)該具方差整齊性。3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該具正態(tài)性;2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該具獨(dú)立性;第七節(jié)方差分析的條件及數(shù)據(jù)變換方法1、數(shù)據(jù)中的各種效應(yīng)應(yīng)該具有“可加性”線性可加模型是方差分析的基礎(chǔ),只有當(dāng)數(shù)據(jù)具有可加性時(shí),總平方和才能分解為各項(xiàng)平方和之和;以單向分類資料為例,因?yàn)閿?shù)學(xué)模型為:因此才有:第七節(jié)方差分析的條件及數(shù)據(jù)變換方法2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該具有隨機(jī)性、獨(dú)立性在方差分析模型中的誤差效應(yīng)必須是隨機(jī)的,k個(gè)處理的樣本數(shù)據(jù)是從所研究的k個(gè)總體中隨機(jī)抽取出來(lái)的,比較容易滿足隨機(jī)性。在觀察這個(gè)個(gè)體時(shí)的誤差與觀察另一個(gè)個(gè)體時(shí)的誤差應(yīng)該是無(wú)關(guān)的,即誤差彼此之間是相互獨(dú)立的。對(duì)于可量資料一般是滿足正態(tài)分布的。但有時(shí)也不一定滿足正態(tài)分布的條件。第七節(jié)方差分析的條件及數(shù)據(jù)變換方法3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該具有正態(tài)性對(duì)于可數(shù)資料一般是不滿足正態(tài)分布的。因?yàn)樵诜讲罘植贾袑個(gè)樣本的“組內(nèi)平方和”和“組內(nèi)自由度”合并為整個(gè)試驗(yàn)的“組內(nèi)平方和”和“組內(nèi)自由度”,并利用它們算出的“組內(nèi)均方”來(lái)估計(jì)試驗(yàn)誤差,其前提必須是各處理的方差是相等的,不相等怎么能合并呢?資料中各組的方差是否相等可以通過(guò)Bartlett卡方檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。4、所有處理應(yīng)該具有相同的誤差方差,即具有方差整齊性(或同質(zhì)性)第七節(jié)方差分析的條件及數(shù)據(jù)變換方法當(dāng)試驗(yàn)資料不符合上述假定時(shí),要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)奶幚恚缓笥媒?jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。1、剔除一些表現(xiàn)“特殊”的觀察值、處理或重復(fù)。2、將總的試驗(yàn)誤差的方差分裂成幾個(gè)較為同質(zhì)的試驗(yàn)誤差的方差進(jìn)行分析。3、對(duì)需要分析的資料進(jìn)行
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