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6兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)王玖博士副教授
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濱州醫(yī)學(xué)院衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1兩組獨(dú)立樣本的假設(shè)檢驗(yàn)用來(lái)比較兩樣本所來(lái)自的總體均數(shù)或總體分布是否相同。當(dāng)兩樣本均來(lái)自正態(tài)總體且方差齊性時(shí),首選t檢驗(yàn),可以證明,用t檢驗(yàn)比較兩樣本的總體均數(shù)是否相同的檢驗(yàn)功效是最高的;當(dāng)兩樣本均來(lái)自正態(tài)總體但方差不齊時(shí),可采用校正的
t
檢驗(yàn)。當(dāng)兩樣本并非來(lái)自正態(tài)總體或總體分布不詳時(shí),可采用秩和檢驗(yàn)(ranksumtest)。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1.1兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)
例6-1為研究某種新藥治療貧血患者的療效,將20名貧血患者隨機(jī)分成兩組,一組用新藥治療,另一組用常規(guī)藥物治療,測(cè)得血紅蛋白增加量(g/L)見(jiàn)表6-1。問(wèn)新藥與常規(guī)藥治療貧血患者后的血紅蛋白平均增加量有無(wú)差別??jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)解析該例目的在于比較用新藥治療的人群和用常規(guī)藥治療的人群的血紅蛋白平均增加量(g/L)有無(wú)差異,其實(shí)質(zhì)就是比較兩個(gè)總體均數(shù)是否相同,即是否成立。
在研究設(shè)計(jì)上,該例屬于完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的兩組獨(dú)立樣本。
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)從兩個(gè)人群分別隨機(jī)抽取一定數(shù)量的觀察資料構(gòu)成樣本,測(cè)量某項(xiàng)指標(biāo)后進(jìn)行組間比較,屬于平行對(duì)照設(shè)計(jì)(成組設(shè)計(jì))。
為了研究新生兒窒息患者與正常新生兒血漿中SOD平均含量有無(wú)差異,某研究者收集了10名正常新生兒和10名新生兒窒息患者的血漿,測(cè)得SOD含量(Nu/mg),請(qǐng)問(wèn)新生兒窒息患者和正常新生兒血漿中SOD平均含量有無(wú)差異??jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)t檢驗(yàn)進(jìn)行兩樣本均數(shù)比較的步驟
(1)建立檢驗(yàn)假設(shè),確定檢驗(yàn)水準(zhǔn):新藥和常規(guī)藥治療貧血患者后血紅蛋白平均增加量相同,即:新藥和常規(guī)藥治療貧血患者后血紅蛋白平均增加量不同,即(2)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量?jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)當(dāng)為真時(shí),兩個(gè)樣本所屬的總體均數(shù)相等,即,此時(shí)兩個(gè)樣本資料來(lái)自相同的總體,兩個(gè)樣本均數(shù)都是該總體均數(shù)的點(diǎn)估計(jì)值,樣本均數(shù)與總體均數(shù)的差是樣本均數(shù)的抽樣誤差,故兩個(gè)樣本均數(shù)均隨機(jī)地出現(xiàn)在附近,僅是樣本均數(shù)的抽樣誤差,這時(shí)相應(yīng)的成組t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量一般也很小或比較?。?/p>
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)當(dāng)非真時(shí),兩個(gè)樣本的總體均數(shù)不相等,即,
,兩個(gè)樣本均數(shù)分別為兩個(gè)總體均數(shù)的點(diǎn)估計(jì)值,它們均隨機(jī)地出現(xiàn)在各自的總體均數(shù)附近,由于兩個(gè)總體均數(shù)不等,故此時(shí)兩個(gè)樣本均數(shù)差異相對(duì)較大,其相應(yīng)的成組
t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量一般會(huì)較大或很大。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)(3)查t界值表,得P<0.05,按=0.05水準(zhǔn)拒絕,接受,可以認(rèn)為新藥和常規(guī)藥治療貧血患者后血紅蛋白增加量不同,根據(jù)樣本均數(shù)的信息,認(rèn)為,即服用新藥后血紅蛋白含量平均增加量高于常規(guī)藥。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)(4)均數(shù)之差的置信區(qū)間根據(jù)t檢驗(yàn)中拒絕的結(jié)論結(jié)合的95%置信區(qū)間(3.829,11.731),也可推斷用新藥治療患者的血紅蛋白平均增加量高于常規(guī)藥治療的患者兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1.2
校正的t檢驗(yàn)(方差不齊)數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差齊性是t檢驗(yàn)的前提條件;如果兩樣本所屬總體均為正態(tài),但方差不齊,則應(yīng)采用作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量,自由度也要校正。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)例6-2為探討硫酸氧釩對(duì)糖尿病性白內(nèi)障大鼠血糖的影響,研究人員將已誘導(dǎo)糖尿病模型的100只大鼠隨機(jī)分為兩組,實(shí)驗(yàn)組給予硫酸氧釩治療,對(duì)照組為空白對(duì)照。結(jié)果如下,試問(wèn)兩種處理療效的總體均數(shù)是否相同??jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)校正t檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量為當(dāng)
為真時(shí),統(tǒng)計(jì)量的臨界值近似地等于自由度為的t分布的臨界值
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)當(dāng)時(shí),對(duì)于為真而言,這是一個(gè)小概率事件,在一次隨機(jī)抽樣中一般是不會(huì)發(fā)生的,有理由懷疑“為真”,故可以拒絕,認(rèn)為兩個(gè)總體均數(shù)不等。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1.3方差齊性檢驗(yàn)和正態(tài)性檢驗(yàn)
(3)確定P值,判斷結(jié)果兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1.3.2正態(tài)性檢驗(yàn)
對(duì)于大樣本資料(如n>50),樣本均數(shù)近似地服從正態(tài)分布,故滿足成組檢驗(yàn)關(guān)于正態(tài)分布的要求;但當(dāng)樣本例數(shù)較小時(shí),需要對(duì)每組資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。常用的正態(tài)性檢驗(yàn)方法是矩法檢驗(yàn)和w檢驗(yàn)(Shapiro-WilkWtest),矩法檢驗(yàn)比較保守,w檢驗(yàn)比較靈敏。此外,還有K-S檢驗(yàn)(Kolmogorov-Smirnovtest)和D檢驗(yàn)(Dtest)等。正態(tài)性檢驗(yàn)的無(wú)效假設(shè)為資料服從正態(tài)分布,備擇假設(shè)為資料不服從正態(tài)分布。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.1.4
兩組獨(dú)立樣本的秩和檢驗(yàn)例6-3某醫(yī)師為研究血鐵蛋白與肺炎的關(guān)系,隨機(jī)抽查了肺炎患者和正常人若干名,并測(cè)得血鐵蛋白(μg/L)含量,問(wèn)肺炎患者與正常人平均血鐵蛋白含量有無(wú)差別?肺炎患者
3168237174457492199515599238正常人
1771723447132544752472946843277444395正常人組正態(tài)性的W檢驗(yàn)結(jié)果P=0.010兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)-非參數(shù)統(tǒng)計(jì)在統(tǒng)計(jì)推斷方法中,凡是在已知總體分布的前提下對(duì)總體參數(shù)進(jìn)行估計(jì)或檢驗(yàn)的方法,稱為參數(shù)統(tǒng)計(jì)(parametricstatistics)。但在實(shí)際工作中,有時(shí)總體的分布不易確定,或分布不符合要求的條件,則需要應(yīng)用一種不依賴于總體分布類型的統(tǒng)計(jì)推斷方法,稱為非參數(shù)統(tǒng)計(jì)(nonparametricstatistics)。Wilcoxon秩和檢驗(yàn)屬于非參數(shù)檢驗(yàn)中的一種,可以用于完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)兩組獨(dú)立樣本的比較。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的基本思想
在不知總體分布的情況下如何利用數(shù)據(jù)所包含的信息呢?一組數(shù)據(jù)的最基本信息是次序,將數(shù)值按大小次序排隊(duì),每個(gè)數(shù)值在整個(gè)數(shù)據(jù)中均有相應(yīng)的位置和次序,稱為該數(shù)據(jù)的秩(rank)。在一定的假設(shè)下,這些秩及其統(tǒng)計(jì)量的分布是可以求出來(lái)的,且與原來(lái)的總體分布無(wú)關(guān),可進(jìn)行所需要的統(tǒng)計(jì)推斷。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)基本步驟(1)建立檢驗(yàn)假設(shè):肺炎患者與正常人的血鐵蛋白總體分布相同:肺炎患者與正常人的血鐵蛋白總體分布不同
=0.05(2)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T值編秩將兩組數(shù)據(jù)合起來(lái)由小到大統(tǒng)一編秩,即從小到大編號(hào),最小的數(shù)據(jù)的秩為1,第二小的數(shù)據(jù)的秩為2,依此類推。編秩時(shí)如遇有相同數(shù)據(jù),且相同數(shù)據(jù)在不同組時(shí),要取其平均秩次(3)確定P值,作出統(tǒng)計(jì)推斷結(jié)論
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)①查表法T界值表(兩樣本比較的秩和檢驗(yàn)用),先從左側(cè)找到較小的樣本量,本例較小的樣本量為n1=10;再?gòu)谋砩戏秸覂山M例數(shù)的差,本例,n2-n1=6;在兩者縱橫交叉處即為T的界值。
將檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T1值與T界值相比,若T值位于界值范圍內(nèi),其P值大于相應(yīng)的概率;若T值等于界值或在界值范圍外,其P值等于或小于相應(yīng)的概率。
②正態(tài)近似法
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)相持較多時(shí)的校正tj為第j(j=1,2…)個(gè)相持所含的個(gè)體數(shù)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)的基本思想秩次在一定程度上反映了等級(jí)的高低;秩和在一定程度上反映了等級(jí)的分布位置,這樣,對(duì)觀察值的分析就轉(zhuǎn)化為對(duì)秩次的分析。當(dāng)H0為真時(shí),兩個(gè)樣本來(lái)自相同的總體,對(duì)于樣本量為n1和n2而言,每個(gè)數(shù)據(jù)的秩均有相同的機(jī)會(huì)取值為1,2,…,n1+n2,因此每個(gè)數(shù)據(jù)的秩次期望值為(n1+n2+1)/2。第一組的n1個(gè)數(shù)據(jù)的秩和T1應(yīng)隨機(jī)地出現(xiàn)在其期望值n1(n1+n2+1)/2附近。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)H0為真時(shí),第一組的秩和T1在其期望值n1(n1+n2+1)/2處呈對(duì)稱分布,并且當(dāng)樣本量較大時(shí),統(tǒng)計(jì)量秩和T1近似服從均數(shù)為n1(n1+n2+1)/2,方差為n1n2(n1+n2+1)/12的正態(tài)分布;H0非真時(shí),在大多數(shù)情況下統(tǒng)計(jì)量秩和T1將遠(yuǎn)離其期望值,利用秩和T1借助Wilcoxon秩和檢驗(yàn)的臨界值表或近似正態(tài)分布的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量實(shí)現(xiàn)假設(shè)檢驗(yàn)
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.2配對(duì)設(shè)計(jì)定量資料的檢驗(yàn)配對(duì)設(shè)計(jì)是將受試對(duì)象按一定條件配成對(duì)子(同種屬、同體重、同年齡、同性別等),再隨機(jī)分配每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象到不同的處理組。其實(shí)施的主要形式有:①將受試對(duì)象按一定條件配成對(duì)子,再隨機(jī)分配每對(duì)中的兩個(gè)受試對(duì)象到不同的處理組;②同一受試對(duì)象分別接受兩種不同處理,其目的是推斷兩種處理的效果有無(wú)差別。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)例6-4為研究某種抗癌新藥對(duì)小白鼠移植性肉瘤S180的抑瘤效果,將20只小白鼠按性別、體重、窩別配成對(duì)子。每對(duì)中隨機(jī)抽取一只服用抗癌新藥扶正消瘤湯,另一只作為陰性對(duì)照,服用生理鹽水,觀察其對(duì)小白鼠移植性肉瘤S180的抑瘤效果,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間,測(cè)得小白鼠瘤重如表6-3所示。問(wèn)小白鼠服用抗癌新藥和生理鹽水后平均瘤重有無(wú)不同??jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)對(duì)子內(nèi)部相減之后,得到的差值資料實(shí)際上是一個(gè)樣本,因此配對(duì)設(shè)計(jì)資料的假設(shè)檢驗(yàn)類似于單樣本檢驗(yàn),即檢驗(yàn)差值的均數(shù)或中位數(shù)是否等于零。對(duì)于配對(duì)設(shè)計(jì)定量資料的統(tǒng)計(jì)分析,若差值服從正態(tài)分布,可采用配對(duì)t檢驗(yàn)(pairedttest);否則,采用配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)(signedranksumtest)。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.2.1.1
配對(duì)樣本檢驗(yàn)首先計(jì)算出各對(duì)差值d的均數(shù),當(dāng)兩種處理平均效應(yīng)是相同的,則差值來(lái)自的總體均數(shù)應(yīng)該為0,故可將配對(duì)設(shè)計(jì)資料的t檢驗(yàn)視為樣本均數(shù)所來(lái)自的未知總體均數(shù)與已知總體均數(shù)=0的比較。小樣本資料:
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)
配對(duì)t檢驗(yàn)的基本步驟兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)配對(duì)t檢驗(yàn)的基本步驟(3)確定P值,作出統(tǒng)計(jì)推斷結(jié)論查t界值表,得P<0.05,按水準(zhǔn)拒絕H0,接受H1
。根據(jù)本資料可以認(rèn)為小白鼠服用抗癌新藥和生理鹽水后平均瘤重不同。(4)均數(shù)之差的置信區(qū)間根據(jù)配對(duì)t檢驗(yàn)中拒絕H0的結(jié)論結(jié)合總體均數(shù)的95%置信區(qū)間(0.052,0.290),由此可知,在95%置信度的情況下,,可以推斷用新藥治療后平均瘤重較低。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)當(dāng)H0()為真時(shí),公式(6-1)的成組t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量服從自由度為的分布,當(dāng)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的絕對(duì)值時(shí),對(duì)于()為真而言,這是一個(gè)小概率事件,在一次隨機(jī)抽樣中,一般是不會(huì)發(fā)生的,有理由懷疑的成立,因此拒絕,認(rèn)為()成立。
(6-1)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)
例用兩種方法測(cè)定12份血清樣品中Mg2+
含量(mmol/l)的結(jié)果見(jiàn)表6-2。試問(wèn)兩種方法測(cè)定結(jié)果有無(wú)差異??jī)蓸颖径抠Y料的假設(shè)檢驗(yàn)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)
計(jì)算統(tǒng)計(jì)量:自由度
ν=n-1=12-1=11.
查附表2(t臨界值表),雙側(cè)t0.20,11=1.363,知P>0.20,在α=0.05水平上不能拒絕H0。所以尚不能認(rèn)為兩法測(cè)定結(jié)果不同。
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.2.2
配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)例6-5留取15名在醫(yī)用儀表廠工作的工人尿液,分成兩份,一份用離子交換法,另一份用蒸餾法測(cè)得尿汞值如下,問(wèn)兩種方法測(cè)得尿汞平均含量有無(wú)差別?
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)解析本研究屬于配對(duì)設(shè)計(jì)的定量資料,首先判斷是否符合配對(duì)設(shè)計(jì)t檢驗(yàn)的適用條件,即差值是否來(lái)自正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)差值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)差值不是來(lái)自正態(tài)總體(W檢驗(yàn):P=0.010),所以用配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)(Wilcoxonmatched-samplessignedranksumtest)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)的基本思想
如果兩種檢測(cè)方法的平均效應(yīng)相同,這些配對(duì)數(shù)值之差應(yīng)服從于以0為中心的對(duì)稱分布,也就相當(dāng)于把這些差值按其絕對(duì)值大小編秩并標(biāo)上原來(lái)的符號(hào)后,正秩和與負(fù)秩和在理論上應(yīng)是相等的(都等于n(n+1)/4,n為有效對(duì)子數(shù)),對(duì)于樣本的正秩和與負(fù)秩和之間的差異是一些隨機(jī)因素造成的抽樣誤差、這些差異一般不會(huì)太大。如果差別太大,超出了規(guī)定的范圍,就拒絕H0,接受H1,認(rèn)為差值的總體中位數(shù)不等于0。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.2.2.1
配對(duì)符號(hào)秩和檢驗(yàn)步驟(1)建立假設(shè),確定檢驗(yàn)水準(zhǔn)H0:兩種方法測(cè)得的尿汞含量差值的總體中位數(shù)為零,即=0H1:兩種方法測(cè)得的尿汞含量差值的總體中位數(shù)不等于零,即≠0α=0.05(2)計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T值求差值見(jiàn)表6-5的第(4)列。②編秩將差值按絕對(duì)值大小從小到大編秩,并按差值的正負(fù)給秩次加上正負(fù)號(hào)。若差值的絕對(duì)值相等,則取其平均秩次,編秩時(shí)如遇差值為0,則舍去不計(jì)。③求秩和分別求出正、負(fù)秩次之和,正秩和以T+表示,負(fù)秩和以T-表示,取兩者中較小的秩和為統(tǒng)計(jì)量T
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)(3)確定P值,作出統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)論①查表法查T界值表(配對(duì)比較的符號(hào)秩和檢驗(yàn)用),若檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T值在上、下界值范圍內(nèi),其P值大于表上方相應(yīng)概率水平;若T值在上、下界值上或范圍外,則P值等于或小于相應(yīng)的概率水平。②正態(tài)近似法若n>25,超出T界值表的范圍,可用正態(tài)近似法作檢驗(yàn)。若H0為真,則秩和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T近似服從。
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)相持較多時(shí)(不包括差值為0者)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.3兩組Poisson分布資料的比較醫(yī)學(xué)研究中常涉及到對(duì)兩個(gè)Poisson分布總體均數(shù)的比較,當(dāng)每個(gè)樣本的觀察值之和都大于20時(shí),Poisson分布近似正態(tài)分布,可考慮應(yīng)用Z檢驗(yàn)對(duì)其總體均數(shù)進(jìn)行推斷。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.3.1觀察單位相等時(shí)兩個(gè)獨(dú)立樣本的Z檢驗(yàn)例6-6兩種培養(yǎng)液配方各在3個(gè)平皿中制成固體培養(yǎng)基,各放入1ml含幽門螺桿菌充分混勻的胃液。培養(yǎng)72小時(shí)后清點(diǎn)幽門螺桿菌菌落數(shù)如下,問(wèn)兩種培養(yǎng)基菌落數(shù)差別有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?甲14,21,16乙12,10,8兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)當(dāng)兩個(gè)Poisson分布的參數(shù)相等時(shí),統(tǒng)計(jì)量近似服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)觀察單位不等時(shí)兩個(gè)獨(dú)立樣本的Z檢驗(yàn)
例6-7用同位素方法獨(dú)立地測(cè)量?jī)煞輼?biāo)本的放射性,標(biāo)本的制備方法相同,但測(cè)量時(shí)間不同,第一份標(biāo)本測(cè)量了10分鐘,測(cè)得質(zhì)點(diǎn)數(shù)為1500,第二份標(biāo)本測(cè)量了20分鐘,測(cè)得質(zhì)點(diǎn)數(shù)為2400。問(wèn)如果在相同時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)測(cè)量,兩份標(biāo)本發(fā)放質(zhì)點(diǎn)的總體均數(shù)是否相等?
兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)6.4結(jié)果報(bào)告統(tǒng)計(jì)描述:包括樣本含量和統(tǒng)計(jì)描述指標(biāo);統(tǒng)計(jì)推斷:包括采用的統(tǒng)計(jì)方法、檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量、單側(cè)還是雙側(cè)檢驗(yàn)、檢驗(yàn)水準(zhǔn)、確切的P值和置信區(qū)間。兩樣本定量資料的假設(shè)檢驗(yàn)
在α=0.10檢驗(yàn)水準(zhǔn)下,新藥組和常規(guī)藥物組血紅蛋白增加量均服從正態(tài)分布(W檢驗(yàn):P1=0.466,P2=0.482)且兩總體方差齊(F=1.345,P=0.261);采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn):t=4.137,=1
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