生物統(tǒng)計(jì)學(xué)-1PPT幻燈片

第一章緒論自然界和人類社會(huì)活動(dòng)中，普遍存在三類現(xiàn)確定性現(xiàn)象：在相同的條件下出現(xiàn)相同的結(jié)果，稱為確定性現(xiàn)象或必然現(xiàn)象。如自由落體。隨機(jī)性現(xiàn)象：在相同的條件下出現(xiàn)不同的結(jié)果，但結(jié)果是確定的，稱為隨機(jī)性現(xiàn)象。如擲硬幣。模糊性現(xiàn)象：在相同的條件下出現(xiàn)不確定的結(jié)果，稱為模糊性現(xiàn)象。如美人與丑人。第一章緒論現(xiàn)象研究方法確定性現(xiàn)象－－－經(jīng)典數(shù)學(xué)隨機(jī)性現(xiàn)象－－－概率統(tǒng)計(jì)學(xué)模糊性現(xiàn)象－－－模糊數(shù)學(xué)第一章緒論“按照現(xiàn)代理論，自然規(guī)律的基礎(chǔ)不是因果性，相反，本質(zhì)上具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)?！藗償嘌?，一切自然規(guī)律‘在原則上’都是統(tǒng)計(jì)性的，只是我們觀察操作不完善，我們才受騙去信仰格的因果性?！? --AlbertEinstein(1879-1955)1928年<物理學(xué)的基本概念及其最近的變化><愛(ài)因斯坦文集>第一卷P239商務(wù)出版社>Chr1from1to230208CCACACCACACCCACACACCCACACACCACACCACACACCACACCACACCCACACACACACATCCTAACACTACCCTAACACAGCCCTAATCTAACCCTGGCCAACCTGTCTCTCAACTTACCCTCCATTACCCTGCCTCCACTCGTTACCCTGTCCCATTCAACCATACCACTCCGAACCACCATCCATCCCTCTACTTACTACCACTCACCCACCGTTACCCTCCAATTACCCATATCCAACCCACTGCCACTTACCCTACCATTACCCTACCATCCACCATGACCTACTCACCATACTGTTCTTCTACCCACCATATTGAAACGCTAACAAATGATCGTAAATAACACACACGTGCTTACCCTACCACTTTATACCACCACCACATGCCATACTCACCCTCACTTGTATACTGATTTTACGTACGCACACGGATGCTACAGTATATACCATCTCAAACTTACCCTACTCTCAGATTCCACTTCACTCCATGGCCCATCTCTCACTGAATCAGTACCAAATGCACTCACATCATTATGCACGGCACTTGCCTCAGCGGTCTATACCCTGTGCCATTTACCCATAACGCCCATCATTATCCACATTTTGATATCTATATCTCATTCGGCGGTCCCAAATATTGTATAACTGCCCTTAATACATACGTTATACCACTTTTGCACCATATACTTACCACTCCATTTATATACACTTATGTCAATATTACAGAAAAATCCCCACAAAAATCACCTAAACATAAAAATATTCTACTTTTCAACAATAATACATAAACATATTGGCTTGTGGTAGCAACACTATCATGGTATCACTAACGTAAAAGTTCCTCAATATTGCAATTTGCTTGAACGGATGCTATTTCAGAATATTTCGTACTTACACAGGCCATACATTAGAATAATATGTCACATCACTGTCGTAACACTCTTTATTCACCGAGCAATAATACGGTAGTGGCTCAAACTCATGCGGGTGCTATGATACAATTATATCTTATTTCCATTCCCATATGCTAACCGCAATATCCTAAAAGCATAACTGATGCATCTTTAATCTTGTATGTGACACTACTCATACGAAGGGACTATATCTAGTCAAGACGATACTGTGATAGGTACGTTATTTAATAGGATCTATAACGAAATGTCAAATAATTTTACGGTAATATAACTTATCAGCGGCGTATACTAAAACGGACGTTACGATATTGTCTCACTTCATCTTACCACCCTCTATCTTATTGCTGATAGAACACTAACCCCTCAGCTTTATTTCTAGTTACAGTTACACAAAAAACTATGCCAACCCAGAAATCTTGATATTTTACGTGTCAAAAAATGAGGGTCTCTAAATGAGAGTTTGGTACCATGACTTGTAACTCGCACTGCCCTGATCTGCAATCTTGTTCTTAGAAGTGACGCATATTCTATACGGCCCGACGCGACGCGCCAAAAAATGAAAAACGAAGCAGCGACTCATTTTTATTTAAGGACAAAGGTTGCGAAGCCGCACATTTCCAATTTCATTGTTGTTTATTGGACATACACTGTTAGCTTTATTACCGTCCACGTTTTTTCTACAATAGTGTAGAAGTTTCTTTC第一章緒論生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)的不齊性生物學(xué)研究要對(duì)各種對(duì)象進(jìn)行測(cè)量,記錄并分析數(shù)據(jù).生物學(xué)研究數(shù)據(jù)一個(gè)重要的特征就是從同一類對(duì)象得到的數(shù)據(jù)不完全相同.也就是說(shuō):產(chǎn)生數(shù)據(jù)的個(gè)體存在廣泛的差異.生物統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本原理,分析數(shù)據(jù),找出共有規(guī)律.第一章緒論假如孟德?tīng)?G.Mendel)對(duì)數(shù)學(xué)沒(méi)有良好基礎(chǔ)的話，他能不能發(fā)現(xiàn)遺傳定律？孟德?tīng)柺菉W地利的修道士，也是一位自然科學(xué)的教師，曾經(jīng)受過(guò)良好的數(shù)學(xué)訓(xùn)練。他一邊教書，一邊在他的修道院里種花以實(shí)驗(yàn)。他選了豌豆(gardenpea)作為實(shí)驗(yàn)的題材。從它們的顏色、莖高、豆形等外表特性作為選種的根據(jù)，令其交配之后，觀察其后代

第一章緒論孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)碗豆雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)遺傳第一與第二定律；其實(shí)孟德?tīng)柌⒉皇俏ㄒ坏囊粋€(gè)在那個(gè)時(shí)代從事植物雜交實(shí)驗(yàn)以觀察遺傳現(xiàn)象的生物學(xué)家，但卻為唯一的一個(gè)能從植物的雜交實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)生物特征遺傳的定律的科學(xué)家，他成功的原因是利用了那個(gè)時(shí)代的生物學(xué)家仍不會(huì)使用的數(shù)學(xué)分析法來(lái)處理他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第一章緒論在20世紀(jì)初，英國(guó)統(tǒng)計(jì)大師R.A.Fisher在Rothamsted農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)工作時(shí)發(fā)明了田間試驗(yàn)的各種不同設(shè)計(jì)及發(fā)展出變方分析(AnalysisofVariance)與變積分析(AnalysisofCovariance)方法分析數(shù)據(jù)。這些試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析方法，不但是統(tǒng)計(jì)理論與方法上的偉大成就，更對(duì)二十世紀(jì)糧食的增產(chǎn)與農(nóng)作物的改良具有不可磨滅的貢獻(xiàn).第一章緒論在二十世紀(jì)50年代英國(guó)的B.Hill將Fisher在農(nóng)業(yè)上的隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)與藥物評(píng)估上，發(fā)展出隨機(jī)雙盲的臨床試驗(yàn)之基礎(chǔ)，對(duì)人類健康福祉做出了重大的貢獻(xiàn)。另外，在美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院任職的J.Cornfield將統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用在流行病學(xué)上證明抽煙與肺癌間的因果關(guān)系。

第一章緒論壞血癥的治療---醫(yī)學(xué)歷上第一次有控制的干預(yù)試驗(yàn)1747年，英國(guó)J.Lind醫(yī)生發(fā)現(xiàn)一類患者的主要癥狀是：牙齦潰爛，皮膚有出血點(diǎn)，雙膝無(wú)力。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為是這壞血癥的常見(jiàn)癥狀。當(dāng)時(shí)英國(guó)對(duì)這病采用的治療方案有6種：1）蘋果汁；4）瀉藥；2）桔子和檸檬；5）硫酸丹劑；3）醋；6）大蒜和芥子第一章緒論1747年5月20日，Lind醫(yī)生將12名病情相同似的患者帶到一艘船上。分為6組每組兩人，分別給予下列6種干預(yù)：A組：每天飲1夸脫蘋果汁；B組：服25滴硫酸丹劑，每天3次；C組：服2匙醋，每天3次；D組：每天飲約半品脫海水，服緩和的瀉藥；E組：每天食2個(gè)桔子，一個(gè)檸檬；F組：每天服由大蒜、芥子等成份組成的干藥第一章緒論當(dāng)6月16日船返回英國(guó)Plymouth港時(shí)，所有患者的病情都有好轉(zhuǎn)。其中E組恢復(fù)的最快、最好，其中一人到第6天就可以工作了。B組也有一人比登船時(shí)健康。Lind醫(yī)生的試驗(yàn)并沒(méi)有得出明確的結(jié)論直到160年后，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)才真正從科學(xué)意義上解釋了E組療效最好的真正原因。第一章緒論壞血病的對(duì)癥治療是補(bǔ)充維生素C。用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)看，Lind醫(yī)生的干預(yù)試驗(yàn)有兩點(diǎn)符合統(tǒng)計(jì)學(xué)要求：一是設(shè)有對(duì)照組：6個(gè)干預(yù)相互比較；二是質(zhì)量控制：所有患者在同一條船上，便于監(jiān)督服藥和觀察病情。第一章緒論離婚案件1949年,西方某國(guó)家曾有過(guò)一個(gè)真實(shí)的故事。丈夫到法院要求離婚，唯一的理由是他去海外服兵役50個(gè)星期后，回家發(fā)現(xiàn)妻子在家分娩。

第一章緒論這樁訴訟案的統(tǒng)計(jì)學(xué)問(wèn)題是如何判定正常最長(zhǎng)妊娠期的時(shí)間。正常妊娠期的統(tǒng)計(jì)分布圖第一章緒論

正常妊娠期超過(guò)48周的頻率幾乎為零。大部分人會(huì)覺(jué)得丈夫蒙受了不白之冤，如果當(dāng)時(shí)法官僅通過(guò)正常妊娠期分布，會(huì)判丈夫勝訴。此時(shí)，妻子可能蒙冤，雖然其蒙冤的可能性很小。第一章緒論法官根據(jù)醫(yī)學(xué)界的證詞，認(rèn)定懷孕50周，盡管不大可能，但仍可能是科學(xué)事實(shí)，因此判丈夫敗訴。

在這樁訴訟案中，統(tǒng)計(jì)學(xué)依據(jù)和其它法庭證據(jù)一樣，只能為法官判案提供參考，不能成為唯一的判決依據(jù)。第一章緒論生物學(xué)在二十世紀(jì)取得了巨大的進(jìn)展。數(shù)理科學(xué)廣泛而又深刻地滲入生物學(xué)的結(jié)果，全面改變了生物學(xué)的面貌.人類基因組和其他大規(guī)?；驕y(cè)序產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù),但是，解讀出人類基因組的全序列僅僅是完成了解碼生命的第一步.二十一世紀(jì)為生物科技的世紀(jì)，生物學(xué)的發(fā)展面臨一系列重大為題

第一章緒論后人類基因組計(jì)劃解讀出人類基因組的全序列僅僅是完成了解碼生命的第一步，后基因組計(jì)劃所研究的內(nèi)容起碼包括：人類基因組多樣性計(jì)劃；環(huán)境基因組學(xué)；腫瘤基因組解剖學(xué)計(jì)劃；藥物基因組學(xué)等。

第一章緒論蛋白質(zhì)基因組計(jì)劃

了解某種特定的細(xì)胞、組織或器官制造的蛋白質(zhì)種類；明確各種蛋白質(zhì)分子是如何形成類似于電路的網(wǎng)絡(luò)的；描繪蛋白質(zhì)的精確三維結(jié)構(gòu)，揭示它們結(jié)構(gòu)上的關(guān)鍵部位——與藥物結(jié)合并且決定其活性的部位。

第一章緒論人類腦計(jì)劃生物信息學(xué)生物芯片宇宙生物學(xué)宇宙生態(tài)學(xué)第一章緒論例1蛋白質(zhì)二維電泳蛋白質(zhì)組學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)是分離，分析和鑒定蛋白質(zhì)。二維電泳是非常重要的工具。蛋白質(zhì)在二維電泳上按分子量(MW)和等電點(diǎn)(pI)在二維的平板上分離。理論上，每個(gè)蛋白質(zhì)有都有特征的MW和pI,他們?cè)诙S電泳應(yīng)該對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)。然而，由于制備樣品，電泳過(guò)程受很多因素影響，對(duì)于一個(gè)特定的蛋白質(zhì)，我們不能期望在二維電泳平板上一個(gè)特定點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)間找到。第一章緒論##ACT_MOUSE|P99041|SwissProt|ACTG_HUMAN|P02571SPOTpIMW2D-001PX74.96407222D-001PWY5.29407732D-001PWR5.21407732D-001PWX5.02407732D-001PWO5.10407732D-001PX85.2840722

2D-001PWS5.25407732D-001PWT5.2740874

2D-001PWQ5.1740773例2：電子血壓計(jì)與人工血壓計(jì)應(yīng)該檢查多少儀器每臺(tái)儀器檢查多少人先后次序分析后得到結(jié)論：1.檢查4臺(tái)儀器2.每臺(tái)100人3.隨機(jī)決定次序人數(shù)自動(dòng)人工差異均值

均值

均值

A98142.521.0142.018.10.511.3B84134.222.5133.623.20.512.1C98147.920.3133.918.314.011.7D62135.416.7128.519.06.913.6第一章緒論例3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)自然界中存在的蛋白質(zhì)種類1012已知氨基酸序列的蛋白質(zhì)數(shù)〉100萬(wàn)已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)~32000同源性小于30%的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)~3000第一章緒論已知靶蛋白：500人類基因：3000010-100蛋白質(zhì)/基因10200可能的小分子大量藥物靶蛋白以及相應(yīng)的藥物分子第一章緒論例4蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)家族 （23100）序列同源性達(dá)到30%以上的所有蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)超家族 （1150）結(jié)構(gòu)和功能特征表明他們可能具有共同的進(jìn)化起源的不同蛋白質(zhì)家族蛋白質(zhì)折疊類型 （~1000）具有相同的二級(jí)結(jié)構(gòu)排列和拓?fù)溥B接方式的蛋白質(zhì)家族和超家族。蛋白質(zhì)折疊類和功能的預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)是三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，一旦準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，其折疊類型及其相應(yīng)的生物功能也就基本確定了，從而可預(yù)測(cè)其是否為靶蛋白，為藥物設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。第一章緒論例5序列分析Substitutionmatrices PAMmatiices --PointAcceptedMutation Blosummatrices --blockssubstitutionmatrices第一章緒論例5模式識(shí)別和統(tǒng)計(jì)決策現(xiàn)代生活中處處有身份識(shí)別問(wèn)題密碼?忘記!破譯生物特征,不會(huì)忘記的身份認(rèn)證DNA,指紋,虹膜,筆跡，臉部特征等問(wèn)題:本人拒絕率,他人接受率第一章緒論教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排：(32學(xué)時(shí))第一章緒論 （學(xué)時(shí)數(shù)：1.5）第二章

數(shù)據(jù)收集和描述性統(tǒng)計(jì)(學(xué)時(shí)數(shù)：0.5）第三章概率 （學(xué)時(shí)數(shù)：8） 3.1基本知識(shí) 3.2研究實(shí)例：基于統(tǒng)計(jì)原理的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 3.3研究實(shí)例：基于統(tǒng)計(jì)原理的序列分析 3.4習(xí)題講解

第一章緒論第四章幾種常見(jiàn)的理論分布（學(xué)時(shí)數(shù)：10） 4.1二項(xiàng)分布，泊松分布，高斯分布 4.2孟德?tīng)栠z傳定理 4.3譜系分析 4.4研究實(shí)例：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)類和功能預(yù)測(cè) 4.5習(xí)題講解第一章緒論第五章統(tǒng)計(jì)數(shù)的抽樣分布（學(xué)時(shí)數(shù)：4） 5.1基本該念 5.2研究實(shí)例 5.3習(xí)題講解第六章統(tǒng)計(jì)推斷,估計(jì)和檢驗(yàn)（學(xué)時(shí)數(shù)：6） 6.1基本原理 6.2研究實(shí)例：模式識(shí)別 6.3習(xí)題講解第一章緒論第七章線性回歸和相關(guān)（學(xué)時(shí)數(shù)：2） 7.1基本原理 7.2研究實(shí)例第一章緒論生物統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)，（BernardRosner著，5thedition孫尚拱譯，科學(xué)出版社）生物統(tǒng)計(jì)學(xué)杜榮騫高等教育出版社IntroductoryStatics,PremSMann,JohnWiley&sonsInc參考書：應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)劉嘉焜等科學(xué)出版社模式識(shí)別邊肇祺等清華大學(xué)出版社考試方法：平時(shí)作業(yè)20%，開(kāi)卷80%第一章緒論統(tǒng)計(jì)笑話一個(gè)乘客得到信息：“每一百萬(wàn)乘座飛機(jī)人中只有一個(gè)人會(huì)攜帶炸彈”。于是他每次座飛機(jī)要攜帶一個(gè)炸彈。被機(jī)場(chǎng)管理員發(fā)現(xiàn)后，他解釋原因說(shuō)一架飛機(jī)上有一個(gè)人攜帶炸彈的幾率是百萬(wàn)分之一，同時(shí)有兩個(gè)人攜帶炸彈的幾率是萬(wàn)億分之一，所以不可能發(fā)生?！辟€徒的困惑，為何必輸？現(xiàn)代的輪盤是17世紀(jì)或18世紀(jì)出現(xiàn)的。它的發(fā)明家是法國(guó)人BlaisePascal。它有37個(gè)數(shù)字，0以及1到36。從統(tǒng)計(jì)學(xué)原則上講，賭場(chǎng)只占1/37優(yōu)勢(shì)，但是幾乎全部賭徒都輸?shù)膬A家蕩產(chǎn)，為何？（不考慮賭場(chǎng)作弊的條件，認(rèn)為賭場(chǎng)嚴(yán)格按規(guī)矩運(yùn)行），這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)漲落的問(wèn)