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醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)根底胡良平軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)咨詢中心

講授提綱1.醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)概述2.醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)要點(diǎn)引言專業(yè)設(shè)計(jì)科研設(shè)計(jì)=+統(tǒng)計(jì)研究設(shè)計(jì)引言調(diào)查設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)研究設(shè)計(jì)=臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)概述1.1醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的定義1.2醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的意義1.3醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的種類1.4醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的用語1.醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)概述1.5醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的要素1.6醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的原那么1.7醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的原理1.8醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.1醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的定義所謂醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì),就是根據(jù)專業(yè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識制定的一個完善的醫(yī)學(xué)研究方案或方案。醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)制定的時間它應(yīng)當(dāng)被制定于確定研究目標(biāo)之后和正式開展科研之前;它應(yīng)確??茖W(xué)研究自始至終受控于“科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、有序、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠〞的總要求之下;它是整個科研過程的依據(jù)和指南;它是反映科學(xué)研究工作科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性上下的重要見證;它是確?!翱蒲挟a(chǎn)出〞大于“科研投入〞的重要舉措。1.2醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的意義用比較經(jīng)濟(jì)的人力、物力和時間,得到較為可靠的結(jié)果,準(zhǔn)確地控制和估計(jì)誤差的大小,還可使多種重要因素包括在盡可能少的觀察或?qū)嶒?yàn)中,到達(dá)高效的目的。1.3醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的種類調(diào)查設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)三種科研設(shè)計(jì)的共性在開展科研工作之前,制定完善的設(shè)計(jì)方案,在盡可能節(jié)省人力、物力和時間的前提下,嚴(yán)格控制各種非實(shí)驗(yàn)因素的干擾和影響,盡可能準(zhǔn)確地反映多個實(shí)驗(yàn)因素及其交互作用對觀察結(jié)果的效應(yīng)大小,使隨機(jī)變量的規(guī)律性更好地顯露出來,從而到達(dá)“經(jīng)濟(jì)、高效、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確可靠〞的研究目的。1.3.2三種科研設(shè)計(jì)的個性調(diào)查設(shè)計(jì):在沒有任何人為干預(yù)的前提下,對客觀存在的事物或現(xiàn)象進(jìn)行被動的觀察,要根據(jù)擬完成的調(diào)查任務(wù),結(jié)合專業(yè)知識和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識,把現(xiàn)場可能碰到的各種問題盡可能考慮周到,以免在調(diào)查結(jié)束后,面對“漏項(xiàng)和缺項(xiàng)無法彌補(bǔ)〞所帶來的為難,甚至導(dǎo)致調(diào)查研究前功盡棄的悲慘結(jié)局。1.3.2三種科研設(shè)計(jì)的個性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):一般指在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究所對應(yīng)的設(shè)計(jì)。其受試對象通常是動物或樣品,各實(shí)驗(yàn)因素可由研究者根據(jù)專業(yè)知識選定,非實(shí)驗(yàn)因素也比較容易控制,因此,假設(shè)采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,可以同時考察很多實(shí)驗(yàn)因素及其交互作用對觀測結(jié)果的影響大小,可以將重要的非實(shí)驗(yàn)因素的干擾和影響控制在最低水平,組間的可比性好,數(shù)據(jù)的說服力強(qiáng),所獲得的結(jié)果準(zhǔn)確可靠。1.3.2三種科研設(shè)計(jì)的個性臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì):一般來說,其受試對象是正常人和病人。研究者必然要面對“倫理道德和受試者依從性〞兩大難題的挑戰(zhàn)。怎樣設(shè)置對照組、如何遵守倫理道德、如何選擇和剔除受試者、如何提高受試者的依從性、如何控制偏性等問題的合理解決,就是臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)的最重要的內(nèi)容。1.4醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的用語1.4.1因素與水平1.4.2交互作用1.4.3設(shè)計(jì)類型1.4.4實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與因素的水平組合1.4.5平衡設(shè)計(jì)與不平衡設(shè)計(jì)1.4.1因素與水平因素:影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種原因,統(tǒng)稱為因素。分為:實(shí)驗(yàn)因素與非實(shí)驗(yàn)因素水平:因素的具體表現(xiàn),稱為水平。如:溫度---------------叫因素30℃、60℃、90℃---叫水平實(shí)驗(yàn)因素與非實(shí)驗(yàn)因素實(shí)驗(yàn)因素:研究者希望著重考察的實(shí)驗(yàn)條件,稱為實(shí)驗(yàn)因素。非實(shí)驗(yàn)因素:除實(shí)驗(yàn)因素之外的其他所有因素都屬于非實(shí)驗(yàn)因素。實(shí)驗(yàn)因素與非實(shí)驗(yàn)因素舉例溫度、藥物、劑量、作用時間等通常都是“實(shí)驗(yàn)因素〞;動物品種、動物來源、體重、性別等通常都是“非實(shí)驗(yàn)因素〞。如何理解“因素與水平〞在16℃條件下考察去甲腎上腺素〔濃度為1×10-9〕對兔肺動脈收縮壓的影響。問:在上面的表述中共涉及到幾個實(shí)驗(yàn)因素?每個因素有幾個水平?統(tǒng)計(jì)學(xué)上所講的因素與水平因素是特定實(shí)驗(yàn)條件的總稱,水平是其具體的表現(xiàn)。僅當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件有兩種或兩種以上的具體表現(xiàn)時,在統(tǒng)計(jì)學(xué)上才稱其為“因素〞,而具體表現(xiàn)稱為“水平〞。如:溫度:30、60、90〔℃〕劑量:2、4、6、8〔mmol/L〕1.4.2交互作用A與C之間的交互作用有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,意味著什么?A與C之間有“協(xié)同作用〞?A與C之間有“拮抗作用〞?請思考,并討論。交互作用的討論假設(shè)A代表受試對象的性別C代表具有小、大兩種不同劑量的同一種藥物A與C之間的交互作用有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,意味著什么?交互作用的討論可能意味著:該藥的小劑量用于男性患者療效較好;該藥的大劑量用于女性患者療效較好。反之亦然。交互作用的語言表述一個因素各水平對觀測結(jié)果的影響將隨著另一個因素水平的改變而改變。交互作用的簡單例子甲藥用否乙藥用否:不用用差量不用19.727.3-7.6用47.374.0-26.7差量-27.6-46.7乙藥水平不用用8040甲藥用甲藥不用同樣地,可將“甲藥水平〞放在橫軸上繪出另一幅圖.交互作用的實(shí)例1.4.3科研設(shè)計(jì)類型概述:科研設(shè)計(jì)類型是指如何將因素與水平進(jìn)行組合,形成不同的組〔包含對照組、不同的處理組〕;具有某些特點(diǎn),并按特定要求所形成的特定布局的實(shí)驗(yàn)組合稱為特定的設(shè)計(jì)類型。科研設(shè)計(jì)類型的分類觀察性研究設(shè)計(jì)類型實(shí)驗(yàn)性研究設(shè)計(jì)類型

1.4.3.1觀察性研究設(shè)計(jì)類型隊(duì)列研究設(shè)計(jì)病例對照研究設(shè)計(jì)橫斷面研究設(shè)計(jì)混合研究設(shè)計(jì)1.4.3.2實(shí)驗(yàn)性研究設(shè)計(jì)類型無法考察交互作用的設(shè)計(jì)類型:單因素K水平設(shè)計(jì)〔k=1、2、3〕;配伍組設(shè)計(jì);無重復(fù)實(shí)驗(yàn)的雙因素設(shè)計(jì);拉丁方設(shè)計(jì);交叉設(shè)計(jì);正交拉丁方設(shè)計(jì);系統(tǒng)分組〔或叫嵌套〕設(shè)計(jì)。

1.4.3.2實(shí)驗(yàn)性研究設(shè)計(jì)類型可以考察交互作用的多因素設(shè)計(jì)類型:析因設(shè)計(jì)、分式析因設(shè)計(jì);正交設(shè)計(jì)、正交數(shù)組設(shè)計(jì);均勻設(shè)計(jì);重復(fù)測量設(shè)計(jì);反響曲面設(shè)計(jì);混料設(shè)計(jì);裂區(qū)〔或叫分割〕設(shè)計(jì)。

1.4.4實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與因素

的水平組合在多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,因素之間的每一種水平組合就稱為一個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。

藥物種類藥物劑量重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果A藥0.5233445291.031274234B藥0.5182624321.027352933問:本實(shí)驗(yàn)共有幾個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)?1.4.5平衡設(shè)計(jì)與不平衡設(shè)計(jì)不平衡設(shè)計(jì)指以下兩種情形:其一:實(shí)驗(yàn)因素之間水平全面組合,但各種組合下重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)目不完全相等;其二:實(shí)驗(yàn)因素之間水平組合不完全,即少數(shù)組合條件下未做實(shí)驗(yàn)。1.5醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的要素實(shí)驗(yàn)因素受試對象實(shí)驗(yàn)效應(yīng)1.5.1實(shí)驗(yàn)因素研究者希望著重考察的實(shí)驗(yàn)條件,稱為實(shí)驗(yàn)因素。前面已詳細(xì)討論,此處從略。受試對象或?qū)嶒?yàn)單位實(shí)驗(yàn)的承受者被稱為受試對象,有時稱其為“實(shí)驗(yàn)單位〞更貼切一些,因?yàn)橥窃谑茉噷ο笊砩夏硞€局部〔不是全身〕做實(shí)驗(yàn)。受試對象的種類活體動物標(biāo)本或樣品病人或正常人實(shí)驗(yàn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)效應(yīng)就是實(shí)驗(yàn)因素作用于受試對象后所產(chǎn)生的效果。實(shí)驗(yàn)效應(yīng)通常是通過一系列特定的觀測指標(biāo)來表達(dá)的。應(yīng)結(jié)合專業(yè)知識,盡可能選用與實(shí)驗(yàn)因素對應(yīng)的觀測指標(biāo),要注意觀測指標(biāo)的客觀性、特異度、靈敏度。1.6醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的原那么隨機(jī)對照重復(fù)均衡1.6.1隨機(jī)原那么的作用隨機(jī)≠隨便隨機(jī)總體中任何一個個體都有同等含義:的時機(jī)被抽出,進(jìn)入樣本;樣本中任何一個個體都有同等的時機(jī)被抽出,進(jìn)入任何一組。隨機(jī)盡可能消除人為因素的干擾作用:和影響,提高樣本的代表性。1.6.2對照原那么的作用對照的作用:建立比較的根底,即設(shè)置參照物。對照的形式:空白對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、相互對照、實(shí)驗(yàn)對照、歷史或中外對照1.6.3重復(fù)原那么的作用重復(fù)的三層含義:重復(fù)實(shí)驗(yàn)、重復(fù)測量、重復(fù)取樣重復(fù)的作用:由擲硬幣實(shí)驗(yàn)10次與10000次的結(jié)果可知:其作用就是“讓隨機(jī)變量的變化規(guī)律性更真實(shí)地顯露出來〞。樣本大小即受試對象的數(shù)目,取決于:〔1〕實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型;〔2〕先驗(yàn)知識;〔3〕對精確度的要求最好借助相應(yīng)公式計(jì)算。1.6.4均衡原那么的作用均衡的含義:各種非實(shí)驗(yàn)因素對各組的影響是均等的。均衡的作用:提高組間可比性,增大結(jié)論可信度。提高均衡性的對策〔1〕研究者自身應(yīng)有豐富的專業(yè)知識和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識〔2〕請同行專家審閱實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案〔3〕請統(tǒng)計(jì)學(xué)專家提建議1.7醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的原理它能有效地排除非處理因素的干擾和影響,使實(shí)驗(yàn)誤差的估計(jì)降到最低限度,從而可以降低“噪音〞,純化“信號〞,準(zhǔn)確地獲得處理因素的實(shí)驗(yàn)效應(yīng),使隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性更好地顯露出來。1.7醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的原理原理的形象解釋:〔1〕一個實(shí)驗(yàn)組時:T+S→t+e實(shí)驗(yàn)因素與非實(shí)驗(yàn)因素的效應(yīng)混雜在一起,無法分解開;〔2〕同時設(shè)有實(shí)驗(yàn)組和對照組時:實(shí)驗(yàn)組:T1+S1→t1+e1對照組:T2+S2→t2+e2設(shè)計(jì)的任務(wù)是使S1=S2,從而e1=e2,于是:t1-t2就反映了實(shí)驗(yàn)組比對照組多出的效應(yīng)了。1.8醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的內(nèi)容第一,要落實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三要素,對其中每一要素都要結(jié)合專業(yè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識予以考慮;第二,要嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四原那么具體實(shí)施;1.8醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的內(nèi)容第三,在確定分組過程中,要根據(jù)擬解決的問題,選擇適宜的設(shè)計(jì)類型,并編制出“與相應(yīng)的設(shè)計(jì)類型所對應(yīng)的設(shè)計(jì)表格〞;第四,要對參與實(shí)驗(yàn)研究的人員進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn),統(tǒng)一操作規(guī)程〔包括儀器和試劑的校準(zhǔn)、具體操作方法、數(shù)據(jù)測量和記錄方法,等等〕;1.8醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)的內(nèi)容第五,要對實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象做好各種防范準(zhǔn)備,并對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方法、擬采用的統(tǒng)計(jì)分析軟件和分析人員做到胸中有數(shù)。2.醫(yī)學(xué)科研設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1完善的科研設(shè)計(jì)的標(biāo)志2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素的考慮2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四原那么的實(shí)施2.1完善的科研設(shè)計(jì)的標(biāo)志(1)人力、物力和時間滿足設(shè)計(jì)要求;(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“三要素〞和“四原那么〞均符合專業(yè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)要求;2.1完善的科研設(shè)計(jì)的標(biāo)志(3)重要的實(shí)驗(yàn)因素和觀測指標(biāo)沒有遺漏,并作了合理安排;(4)重要的非實(shí)驗(yàn)因素都得到了很有效的控制;

2.1完善的科研設(shè)計(jì)的標(biāo)志(5)研究過程中可能出現(xiàn)的各種情況都已考慮在內(nèi),并有相應(yīng)的對策;(6)對操作方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、整理、分析等均有一套明確的規(guī)定和方法。2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三要素的考慮2.2.1受試對象的考慮2.2.2實(shí)驗(yàn)因素的考慮2.2.3實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的考慮2.2.1受試對象的考慮第一種情形:一般醫(yī)學(xué)科研,常用動物、離體標(biāo)本或人體內(nèi)取得的某些樣品作為受試對象;第二種情形:新藥的臨床前試驗(yàn),一般用動物作為受試對象;在新藥的臨床試驗(yàn)階段,一般用人作為受試對象。

2.2.1受試對象的考慮

新藥臨床試驗(yàn)一般分為四期,在Ⅰ期臨床試驗(yàn)階段,通常用健康志愿者作為受試對象;而在其他各期臨床試驗(yàn)階段,用相應(yīng)的病人作為受試對象。選擇什么樣的病人,應(yīng)有嚴(yán)格的規(guī)定。2.2.2實(shí)驗(yàn)因素的考慮實(shí)驗(yàn)研究的目的不同,對實(shí)驗(yàn)的要求也就不同。假設(shè)在整個實(shí)驗(yàn)過程中,影響觀察結(jié)果的因素很多,就必須結(jié)合專業(yè)知識,對眾多的因素做一全面地分析,必要時應(yīng)做一些預(yù)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步摸清情況,區(qū)分哪些是重要的實(shí)驗(yàn)因素,哪些是重要的非實(shí)驗(yàn)因素,以便選用適宜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法妥善安排這些因素。2.2.3實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的考慮實(shí)驗(yàn)效應(yīng)是反映實(shí)驗(yàn)因素作用強(qiáng)弱的標(biāo)志,它必須通過具體的指標(biāo)來表達(dá)。要結(jié)合專業(yè)知識,盡可能多項(xiàng)選擇用客觀性強(qiáng)的指標(biāo),在儀器和試劑允許的條件下,應(yīng)盡可能多項(xiàng)選擇用特異性強(qiáng)、靈敏度高的客觀指標(biāo);對一些半客觀或主觀指標(biāo),一定要事先規(guī)定讀取數(shù)值的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),必要時還應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一的技術(shù)培訓(xùn)。2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四原那么的實(shí)施2.3.1隨機(jī)原那么的實(shí)施2.3.2對照原那么的實(shí)施2.3.4重復(fù)原那么的實(shí)施2.3.4均衡原那么的實(shí)施隨機(jī)原那么的實(shí)施〔1〕運(yùn)用“隨機(jī)數(shù)字表〞實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化〔2〕運(yùn)用〞隨機(jī)排列表〞實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化〔3〕運(yùn)用〞計(jì)算機(jī)產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)〞實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化用隨機(jī)排列表實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化舉例1用隨機(jī)排列表實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化舉例2用隨機(jī)排列表實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化舉例2續(xù)用隨機(jī)排列表實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化舉例3用隨機(jī)排列表實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化舉例3續(xù)2.3.2對照原那么的實(shí)施〔1〕空白對照組〔2〕相互對照組〔3〕標(biāo)準(zhǔn)對照組〔4〕實(shí)驗(yàn)對照組〔5〕歷史或中外對照組〔6〕多種對照形式同時并存〔1〕空白對照組設(shè)共有K組受試對象,它們在非處理因素方面根本相同,其中有一組不給予任何處理,其他組分別給予不同的處理,沒給任何處理的那一組就是其他K-1個組的空白對照組。此種對照一般用于動物實(shí)驗(yàn)中,在臨床上,一般只適用于慢性病的比照研究中?!?〕相互對照組有時要考察的某因素不能取零水平,如考察某化學(xué)實(shí)驗(yàn)中反響溫度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,此時,各實(shí)驗(yàn)組分別在不同的溫度條件下做實(shí)驗(yàn),各組在實(shí)驗(yàn)中起到了相互對照的作用?!?〕標(biāo)準(zhǔn)對照組為了比較某新藥的療效,往往以當(dāng)前社會上被公認(rèn)的、療效比較好且比較穩(wěn)定的同類藥物作為對照,此為標(biāo)準(zhǔn)對照。〔4〕實(shí)驗(yàn)對照組當(dāng)某些處理本身夾雜著重要的非處理因素的作用時,僅有空白對照是不能說明問題的,還需設(shè)立僅含該非處理因素的實(shí)驗(yàn)組,此為實(shí)驗(yàn)對照組?!?〕歷史或中外對照組拿當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與歷史上或其他國家或其他地區(qū)的同類實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較,此為歷史或中外對照,這種對照形式應(yīng)慎用。其比照的結(jié)果僅供參考,不能作為推理的依據(jù)。因?yàn)榄h(huán)境和條件相差懸殊,缺乏起碼的比較根底。〔6〕多種對照形式同時并存在實(shí)際應(yīng)用中,常常是多種對照形式同時并存。例如:某研究者為考察某藥物〔設(shè)為甲藥〕的療效,同時,還希望了解該藥與另一種藥〔設(shè)為乙藥〕同時使用的效果是否比單用其中一種藥效果好。2.3.3重復(fù)原那么的實(shí)施所謂重復(fù)原那么,就是在相同實(shí)驗(yàn)條件下必須做屢次獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)。在估計(jì)樣本含量時,研究者需提出某些精度要求,并提供某些先驗(yàn)知識,方可進(jìn)行估計(jì)。所謂精度要求,通常指事先規(guī)定允許犯Ⅰ型(或假陽性)錯誤的概率α、檢驗(yàn)成效或稱把握度1-β(這里β為允許犯Ⅱ型(或假陰性)錯誤的概率)。2.3.3重復(fù)原那么的實(shí)施α定得越小,1-β定得越大,所需樣本含量就越大。所謂先驗(yàn)知識,就是根據(jù)專業(yè)知識、文獻(xiàn)資料或預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得的由樣本推斷總體的一些信息,如:δ(最大容許誤差或差值)、σ(標(biāo)準(zhǔn)差)等。2.3.3重復(fù)原那么的實(shí)施目前,僅在一些較簡單的設(shè)計(jì)類型中有估計(jì)樣本大小的計(jì)算公式,對一些復(fù)雜的多

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