實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課件

試驗(yàn)設(shè)計(jì)常用試驗(yàn)設(shè)計(jì)第一章緒論一、引言二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法起源三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的作用四、單因素試驗(yàn)五、多因素試驗(yàn)2優(yōu)質(zhì)1、了解試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念及其作用2、掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)常用的幾種方法3、了解基本試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法法的概念和基本原理本章主要要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)：本章主要內(nèi)容3優(yōu)質(zhì)研究工作的必要手段試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)已知某個(gè)結(jié)論去驗(yàn)證已知方法的操作

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)試驗(yàn)未知某個(gè)結(jié)論去探索未知方法的探索

探索性

4優(yōu)質(zhì)什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DesignofExperiments)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要的分支。多數(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法主要用于分析已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)，而試驗(yàn)設(shè)計(jì)卻是用于決定數(shù)據(jù)收集的方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法主要討論如何合理地安排試驗(yàn)以及試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)如何分析等。5優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果如何安排試驗(yàn)，有一個(gè)方法問題不好的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，即使做了大量的試驗(yàn)，也未必能達(dá)到預(yù)期的目的；一個(gè)好的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，既可以減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，縮短試驗(yàn)時(shí)間和避免盲目性，又能迅速得到有效的結(jié)果。6優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的由來試驗(yàn)設(shè)計(jì)是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)手法進(jìn)行解決問題的方法，它在19世紀(jì)產(chǎn)生于英國.最早是在農(nóng)地進(jìn)行試驗(yàn)。如“最佳肥料”的依據(jù)。逐步應(yīng)用到畜牧業(yè)。7優(yōu)質(zhì)1980s美國引進(jìn)田口方法1920s193519491980s試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法起源1935“DesignofExperiments”

試驗(yàn)設(shè)計(jì)成為應(yīng)用技術(shù)科學(xué)1930~40s英、美、蘇用于工業(yè)1940s末

美國Deming傳播SED至日本1949日本GenichiTaguechi(田口玄一)以SED為基礎(chǔ)建立“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)”法1952應(yīng)用L27(313)于日本東海電報(bào)公司1952~1962應(yīng)用100萬項(xiàng)，1/3成效明顯1955~1970日本借此推行全面質(zhì)量管理1920sFisher用于田間試驗(yàn)1920sTippett將SED用于棉紡1924~8優(yōu)質(zhì)我國試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法發(fā)展1978

1970

1948

范福仁《田間試驗(yàn)之統(tǒng)計(jì)與分析》1970.4華羅庚推廣優(yōu)選法、統(tǒng)籌法1978優(yōu)選法用于五糧液獲成功方開泰、王元?jiǎng)?chuàng)建均勻設(shè)計(jì)法華羅庚1910~1985方開泰

1940~王元

1930~9優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的作用把數(shù)學(xué)上優(yōu)化理論、技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，科學(xué)的安排試驗(yàn)、處理試驗(yàn)結(jié)果。采用科學(xué)的方法去安排試驗(yàn)，處理試驗(yàn)結(jié)果，以最少的人力和物力消費(fèi)，是在最短的時(shí)間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果的最有效的技術(shù)方法。簡稱為：“多、快、好、省”。10優(yōu)質(zhì)1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的定義及重要性2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本要素3.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

一、試驗(yàn)性研究設(shè)計(jì)11優(yōu)質(zhì)具體實(shí)施研究之前，對各種實(shí)驗(yàn)要素進(jìn)行合理的安排與周密的計(jì)劃。用較少的人力、物力和時(shí)間，獲得較為可靠的結(jié)果，使誤差減少到最低限度，以達(dá)到研究高效。1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的定義和意義12優(yōu)質(zhì)

Fisher在他的著作中多次強(qiáng)調(diào)，統(tǒng)計(jì)學(xué)家與科學(xué)研究者的合作應(yīng)該在試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，而不是在需要數(shù)據(jù)處理的時(shí)候。他精辟地指出：

Tocallinthestatisticianaftertheexperimentisdonemaybenomorethanaskinghimtoperformapostmortemexamination:hemaybeabletosaywhattheexperimentdiedof.13優(yōu)質(zhì)2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本要素

實(shí)驗(yàn)研究的三個(gè)基本要素：處理因素、試驗(yàn)單位和試驗(yàn)效應(yīng)。14優(yōu)質(zhì)

研究者根據(jù)研究目的欲施加或欲觀察的，能作用于實(shí)驗(yàn)單位并引起直接或間接效應(yīng)的因素，稱為處理因素，又稱試驗(yàn)因素。處理因素可以是主動施加的某種外部干預(yù)(或措施)，如使用或不使用某種藥物等；也可以是客觀存在的，如觀察培養(yǎng)基在空氣中的污染程度與季節(jié)的關(guān)系，“不同季節(jié)”就是該實(shí)驗(yàn)的“處理因素”而“季節(jié)”這個(gè)處理不是人為實(shí)施而是客觀存在的。另外如不同溫度、治療方法、用藥種類、用藥劑量等都稱為處理因素。處理因素(treatmentfactor)15優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)因素個(gè)數(shù)與試驗(yàn)因素水平數(shù)研究中，如果只有一個(gè)試驗(yàn)因素，則稱為單因素，兩個(gè)以上稱為多因素。為了分析試驗(yàn)因素產(chǎn)生的作用，常要將試驗(yàn)因素分為不同的水平下進(jìn)行。如藥物的不同劑量數(shù)，不同時(shí)間點(diǎn)數(shù)等。試驗(yàn)因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)常要根據(jù)專業(yè)而定。建議”少而精“。16優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)因素與非試驗(yàn)因素

試驗(yàn)因素是研究者希望著重考察的某些條件或方法，而對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定影響的因子，其他因素則稱為非實(shí)驗(yàn)因素，又稱干擾因素或混雜因素。如研究3種飼料的營養(yǎng)效果的試驗(yàn)中，老鼠的窩別，進(jìn)食量等為非試驗(yàn)因素。在新藥的臨床試驗(yàn)中，患者年齡、病歷等為非試驗(yàn)因素。17優(yōu)質(zhì)

試驗(yàn)單位是指接受一種處理并作實(shí)驗(yàn)觀察的基本單位，是處理因素作用的客體，實(shí)質(zhì)上實(shí)驗(yàn)單位所代表的就是根據(jù)研究目的而確定的研究目標(biāo)之總體。一般情況下一個(gè)試驗(yàn)單位即為一個(gè)受試對象。在選擇受試對象時(shí)，應(yīng)滿足兩個(gè)基本條件：①對處理因素敏感；②反應(yīng)必須穩(wěn)定。試驗(yàn)單位(experimentunit)人動物微生物細(xì)胞分子基因18優(yōu)質(zhì)

試驗(yàn)效應(yīng)是處理因素作用于受試對象的反應(yīng)或結(jié)果。一般通過實(shí)驗(yàn)指標(biāo)(即變量)來表達(dá)。觀察指標(biāo)有主觀指標(biāo)與客觀指標(biāo)之分?？陀^指標(biāo)是借助儀器等進(jìn)行測量來反映研究對象的客觀狀態(tài)或觀察結(jié)果，主觀指標(biāo)是由受試者回答或研究者定性判斷來描述觀察結(jié)果，試驗(yàn)效應(yīng)(experimentaleffects)19優(yōu)質(zhì)3.試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則隨機(jī)化原則（Randomization)重復(fù)的原則（Replication)局部控制原則（LocalControl)采用這三個(gè)基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，配合適當(dāng)?shù)姆治?，就能從試?yàn)結(jié)果中提取可靠的結(jié)論。20優(yōu)質(zhì)Ⅰ.隨機(jī)化原則

隨機(jī)化原則：隨機(jī)≠“隨便”,指每個(gè)受試對象以機(jī)會均等的原則隨機(jī)地分配到試驗(yàn)組和對照組。目的是使各組非實(shí)驗(yàn)因素的條件均衡一致，以消除對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。21優(yōu)質(zhì)隨機(jī)化分組方法1.

抽簽等（簡單，如拉丁方）2.隨機(jī)數(shù)字表(附表）3.

計(jì)算器或計(jì)算機(jī)22優(yōu)質(zhì)【例】現(xiàn)有同品種、同性別、同年齡、體重相近的健康綿羊18只，試用隨機(jī)數(shù)字表的方法分成甲、乙兩組。隨機(jī)數(shù)字表分組(1)23優(yōu)質(zhì)首先將18只綿羊依次編為1，2，……，18號，然后從隨機(jī)數(shù)字表中任意一個(gè)隨機(jī)數(shù)字開始，向任一方向（左、右、上、下）連續(xù)抄下18個(gè)（兩位）數(shù)字，分別代表18只綿羊。令隨機(jī)數(shù)字中的單數(shù)為甲組，雙數(shù)為乙組。如從隨機(jī)數(shù)字表（附表）第9行第10列的22開始向下連續(xù)抄下18個(gè)隨機(jī)數(shù)字填入表第二行。隨機(jī)分組結(jié)果：甲組：23578101213151618乙組：1469111417

24優(yōu)質(zhì)甲組比乙組多4只，需要從甲組調(diào)整兩只到乙組。仍用隨機(jī)的方法進(jìn)行調(diào)整。在前面18個(gè)隨機(jī)數(shù)字后再接著抄下兩個(gè)數(shù)字：87、31，分別除以11（調(diào)整時(shí)甲組的綿羊只數(shù)）、10（調(diào)整1只綿羊去甲組后甲組剩余的綿羊只數(shù)），余數(shù)為10、1，則把分配于甲組的第10只綿羊（16號）和余下10只的第1只綿羊（2號）分到乙組。調(diào)整后的甲、乙兩組綿羊編號為：若余數(shù)為0則調(diào)整最后一只25優(yōu)質(zhì)【例】設(shè)有15個(gè)試驗(yàn)單元，要將它們隨機(jī)地分為3組。隨機(jī)數(shù)字表分組(2)26優(yōu)質(zhì)

1）將15個(gè)試驗(yàn)單元從依次1到15編號。2）從隨機(jī)數(shù)字表中隨意確定一個(gè)起點(diǎn)和走向，假設(shè)起點(diǎn)為第10行第20列，走向向下，向下連續(xù)讀出15個(gè)3位數(shù)，它們是：118701789965638901841396802687938377392846688

如果出現(xiàn)了重復(fù)的隨機(jī)數(shù)，則可以剔除一個(gè)，繼續(xù)向下再取一個(gè)三位數(shù)。在從隨機(jī)數(shù)表中讀隨機(jī)數(shù)時(shí)，讀取的位數(shù)可以是任意的，可以讀2位數(shù)，也可讀3位數(shù)或4位數(shù)，總的原則是盡量避免出現(xiàn)重復(fù)的隨機(jī)數(shù)。27優(yōu)質(zhì)3）將以上抽得的隨機(jī)數(shù)字按大小編上序號，如15個(gè)數(shù)中118最小，序號為1，701的序號為8，等等，15個(gè)數(shù)的序號依次為：1，8，9，15，5，13，11，4，10，6，14，2，3，12，7。

4）將這15個(gè)序號與試驗(yàn)單元的編號對應(yīng)，前5個(gè)序號的試驗(yàn)單元分到第一組，即將編號為1、8、9、15、5的試驗(yàn)單元分配到第一組，中間5個(gè)序號的試驗(yàn)單元分到第二組，最后5個(gè)序號的試驗(yàn)單元分到第三組。

無論分多少個(gè)組，每組內(nèi)的試驗(yàn)單元有多少，各組內(nèi)的試驗(yàn)單元數(shù)是否相等，都可應(yīng)用以上方法進(jìn)行隨機(jī)分組。但一般最好是安排各處理內(nèi)的試驗(yàn)單元數(shù)相等，尤其是對于有2個(gè)或2個(gè)以上試驗(yàn)因子的試驗(yàn)。28優(yōu)質(zhì)計(jì)算(器)機(jī)隨機(jī)化分組例

用電腦產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)將10頭動物隨機(jī)分到甲、乙兩組

（1）

動物編號

（2）

產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)

（3）

事先規(guī)定隨機(jī)數(shù)者小為甲組，大者為乙組

（4）

按隨機(jī)數(shù)排序，分組

29優(yōu)質(zhì)Ⅱ.重復(fù)的原則

重復(fù)(replication)是指各處理組與對照組要有一定樣本含量(samplesizes)。無限地增加樣本含量，將加大實(shí)驗(yàn)規(guī)模，延長實(shí)驗(yàn)時(shí)間，浪費(fèi)人力物力。

樣本含量不足，檢驗(yàn)效能偏低，導(dǎo)致總體中本來具有的差異無法檢驗(yàn)出來。30優(yōu)質(zhì)一是可用同一處理內(nèi)多次重復(fù)間的參差不齊的程度來估計(jì)隨機(jī)誤差，如果只有一次觀測，則無法估計(jì)隨機(jī)誤差；

二是同一處理的多次觀測值的平均值可以作為真值的估計(jì)值，設(shè)置重復(fù)可以估計(jì)出試驗(yàn)結(jié)論的可靠性；

三是增加重復(fù)次數(shù)可以縮小隨機(jī)誤差，提高試驗(yàn)的精確度，；

四是為其它兩個(gè)原則創(chuàng)造條件，因?yàn)槿绻麤]有重復(fù)，就談不上隨機(jī)化和局部控制。重復(fù)的主要作用31優(yōu)質(zhì)Ⅲ.局部控制的原則當(dāng)試驗(yàn)單位之間差異較大時(shí)，即存在某種系統(tǒng)干擾因素時(shí)，可以將全部試驗(yàn)單位按干擾因素的不同水平分成若干個(gè)小組，在小組內(nèi)部使非實(shí)驗(yàn)處理因素盡可能一致，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)條件的局部一致性，這就是局部控制。局部控制通常通過設(shè)置區(qū)組來實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法以隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)為代表。局部控制的作用使干擾因素造成的誤差從試驗(yàn)誤差中分離出來，從而降低試驗(yàn)誤差。32優(yōu)質(zhì)三原則的作用關(guān)系33優(yōu)質(zhì)二、科研設(shè)計(jì)方面的問題

1.缺少對照組或?qū)φ战M選擇不恰當(dāng)

2.未采用隨機(jī)化方法或隨機(jī)化方法不正確

3.樣本缺乏代表性

4.樣本量不足34優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)充說明：對照(control)的設(shè)置對照的意義：①區(qū)分處理因素與非處理因素的效應(yīng)，是比較的必要基礎(chǔ)

藥物治療例:豬瘟氣候變化,自然緩解②消除和減少實(shí)驗(yàn)誤差處理組：對照組：比較結(jié)果處理因素非處理因素+處理效應(yīng)+非處理效應(yīng)非處理因素非處理效應(yīng)處理因素處理效應(yīng)35優(yōu)質(zhì)對照的形式

（1）空白對照(blankcontrol)：對照組不加任何處理因素（實(shí)驗(yàn)組動物接種疫苗，對照組不接種疫苗。）。

（2）實(shí)驗(yàn)對照(experimentalcontrol)：施加基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件（非處理因素）。（3）標(biāo)準(zhǔn)對照(standardcontrol)：以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或正常值作對照（某患病動物與正常個(gè)體的某生理、生化指標(biāo)是否相同）。（4）自身對照：實(shí)驗(yàn)在同一受試對象上進(jìn)行（試驗(yàn)前后變化）。（5）相互對照：幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組互相對照（比較幾種藥物治療同一疾病的療效）36優(yōu)質(zhì)三、常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)類型（一）完全隨機(jī)設(shè)計(jì)（二）配對設(shè)計(jì)（三）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（四）交叉設(shè)計(jì)（五）析因設(shè)計(jì)（六）拉丁方設(shè)計(jì)（七）正交設(shè)計(jì)37優(yōu)質(zhì)完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（completelyrandomexperimentdesign）將觀察單位完全隨機(jī)地分配到實(shí)驗(yàn)組與對照組或幾個(gè)對比組中去。【例1】設(shè)有同性別的動物12頭，要求用隨機(jī)方法將其分為甲、乙兩組。38優(yōu)質(zhì)（1）編號：按動物體重依次編號為1,2,3,…,12號。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對于每一個(gè)編號，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共12次）。（3）歸組：事先規(guī)定將較小隨機(jī)數(shù)的6只動物分入甲組，其他6只動物分入乙組。設(shè)計(jì)方法39優(yōu)質(zhì)40優(yōu)質(zhì)【實(shí)例】兩種不同的實(shí)驗(yàn)處理（對照未服藥、服A藥）對某種腫瘤的小白鼠的藥理作用研究，觀察指標(biāo)為2周后體內(nèi)存活的腫瘤細(xì)胞數(shù)。實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果為：對照組：4850465248服A藥：455147484750

問：A藥對小白鼠腫瘤治療有無顯著效應(yīng)?分析方法：兩均數(shù)比較或單因素方差分析41優(yōu)質(zhì)配對試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(pairedexperimentdesign)配對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩種情況：1.同源配對：同一受試對象用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方法；受試對象自身實(shí)驗(yàn)前后的對比。2.非同源配對：將具有相同條件的實(shí)驗(yàn)對象配成對子。

42優(yōu)質(zhì)【例2】將已按近似條件配好的10對小白鼠，用隨機(jī)方法分配到實(shí)驗(yàn)組和對照組。

方法（1）編號：對小白鼠進(jìn)行對子編號，同時(shí)每個(gè)對子內(nèi)的二只小白鼠也分別編號。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共20個(gè)）。（3）歸組（對子內(nèi)兩只小白鼠的隨機(jī)）：事先規(guī)定每個(gè)對子內(nèi)隨機(jī)數(shù)字較小者分配到對照組；隨機(jī)數(shù)字較大者分配到實(shí)驗(yàn)組。43優(yōu)質(zhì)對子編號對子內(nèi)編號隨機(jī)數(shù)隨機(jī)數(shù)排序44優(yōu)質(zhì)【實(shí)例】從八窩大白鼠中分別選出同性別、體重相近的兩只，喂以水解蛋白和酪蛋白的飼料，四周后測定其體重增加情況，結(jié)果如下：窩編號12345678含酪蛋白組8266747882767390含水解蛋白組1528292824382137

問：兩種飼料對大白鼠體重增加量之間的差別的有無影響?分析方法：配對兩均數(shù)比較45優(yōu)質(zhì)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(randomizedblockexperimentdesign)（1）將多方面條件相近的受試對象配成一組，稱作一個(gè)區(qū)組（block）。（2）每個(gè)區(qū)組的受試對象個(gè)數(shù)取決于對比組組數(shù)。（3）每個(gè)區(qū)組的受試對象被隨機(jī)地分配到各處理中。

配對設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，故又稱配伍組設(shè)計(jì)

46優(yōu)質(zhì)【例3】將【例1】中的12頭動物設(shè)計(jì)分為三個(gè)區(qū)組，進(jìn)行四種處理的比較。

方法（1）編號：對12頭動物進(jìn)行區(qū)組編號，同時(shí)每個(gè)區(qū)組內(nèi)的四頭動物也分別編號。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：對于每一組合編號，依次由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)（共12個(gè)）。（3）歸組（區(qū)組內(nèi)四頭動物的隨機(jī)）：事先規(guī)定每一個(gè)區(qū)組內(nèi)隨機(jī)數(shù)字由小到大對應(yīng)動物分別分配到甲、乙、丙、丁處理組。47優(yōu)質(zhì)區(qū)組編號區(qū)組內(nèi)編號隨機(jī)數(shù)區(qū)組內(nèi)隨機(jī)數(shù)排序分析方法：雙因素（無重復(fù)）方差分析48優(yōu)質(zhì)【實(shí)例】某研究所研制了三個(gè)降血脂中藥復(fù)方制劑，現(xiàn)擬對三個(gè)復(fù)方與標(biāo)準(zhǔn)降脂藥(安妥明)的療效進(jìn)行比較。取品種相同、健康的雄性家兔16只，按其體重大小分為四個(gè)配伍組，各藥物組的動物均飼以同樣高脂飲食，并每日分別灌以不同藥物，第45天處死動物，觀察其冠狀動脈根部動脈粥樣硬化斑塊大小，資料見表2。試比較不同藥物是否對動脈粥樣硬化斑塊形成的面積大小的有影響?49優(yōu)質(zhì)表1用四種降脂藥物時(shí)動物的冠狀動脈硬化斑塊面積━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━配伍組

斑塊面積(cm2)

藥物：安妥明組降脂甲方組降脂乙方組降脂丙方組─────────────────────────────10.0000.2830.1140.09420.0090.1960.1460.13130.0030.2170.1580.06540.0010.2360.1590.087━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━50優(yōu)質(zhì)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)

1、設(shè)計(jì)與分析方法簡單易行。2、在對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，能將單位組間的變異從試驗(yàn)誤差中分離出來，有效地降低了試驗(yàn)誤差，因而試驗(yàn)的精確性較高。3、把條件一致的受試動物分在同一區(qū)組，再將同一區(qū)組的受試動物隨機(jī)分配到不同處理組內(nèi)，加大了處理組之間的可比性。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)51優(yōu)質(zhì)

（二）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)

當(dāng)處理數(shù)目過多時(shí)，各區(qū)組內(nèi)的受試動物數(shù)數(shù)目也過多，要使各單位組內(nèi)受試動物的初始條件一致將有一定難度，因而在隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)中，處理數(shù)以不超過20為宜。配對與配伍組設(shè)計(jì)是按配比條件配對或配伍，考慮了個(gè)體差異的影響，可分析處理因素和個(gè)體差異對實(shí)驗(yàn)效應(yīng)的影響，所以又稱兩因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，比完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)效率高；可減少樣本含量。常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(randomizedblockdesign)52優(yōu)質(zhì)平衡不完全配伍組設(shè)計(jì)（balancedincompleteblocksdesign）完全區(qū)組設(shè)計(jì)：區(qū)組內(nèi)試驗(yàn)單位數(shù)＝處理數(shù)不完全區(qū)組設(shè)計(jì)：區(qū)組內(nèi)試驗(yàn)單位數(shù)<處理數(shù)解決當(dāng)實(shí)驗(yàn)處理數(shù)大于每個(gè)區(qū)組所能容納的實(shí)驗(yàn)單位數(shù)時(shí)的一種設(shè)計(jì)方法。53優(yōu)質(zhì)t=處理數(shù)；r=處理的重復(fù)數(shù)；b=區(qū)組數(shù)；k=區(qū)組容量（試驗(yàn)單位數(shù)）所有觀察數(shù)：bk=tr=N54優(yōu)質(zhì)平衡不完全配伍組設(shè)計(jì)平衡所有區(qū)組容量相同；每種處理出現(xiàn)的次數(shù)（即重復(fù)數(shù)）相等；任何兩個(gè)處理都有機(jī)會同時(shí)安排在一個(gè)配伍組內(nèi)，并且同時(shí)出現(xiàn)在同一區(qū)組內(nèi)的次數(shù)相同。因此，任何兩種處理之間具有可比性。55優(yōu)質(zhì)隨機(jī)分配步驟設(shè)計(jì)方案表處理數(shù)＝5，區(qū)組容量＝3區(qū)組ABCDE1√√√2√√√3√√√4√√√5√√√6√√√7√√√8√√√9√√√10√√√將設(shè)計(jì)方案中各配伍組隨機(jī)分配給各試驗(yàn)單位組；將設(shè)計(jì)方案中各配伍組內(nèi)的處理組隨機(jī)分配給試驗(yàn)單位組內(nèi)的各個(gè)試驗(yàn)單位。56優(yōu)質(zhì)交叉設(shè)計(jì)

(cross-overexperimentdesign)每個(gè)受試者隨機(jī)地在兩個(gè)或多個(gè)不同試驗(yàn)階段分別接受指定的處理(試驗(yàn)藥或?qū)φ账?。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)因素有兩個(gè)水平，根據(jù)專業(yè)知識，又要求兩個(gè)水平要先后作用于同一個(gè)受試對象時(shí)，需要在配對設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上做一點(diǎn)改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)因素的兩個(gè)水平在同一對受試者中施加的順序交叉開，故此得名。同源配對設(shè)計(jì)的擴(kuò)展（特殊的自身對照）

優(yōu)點(diǎn)：（1）控制個(gè)體間的差異，（2）減少受試對象。57優(yōu)質(zhì)常用的是2X2交叉設(shè)計(jì)。將試驗(yàn)時(shí)間劃分為前后兩個(gè)階段，同一實(shí)驗(yàn)對象前后分別采用不同的處理，不同組別的實(shí)驗(yàn)對象處理順序不同。分析方法：三因素（無重復(fù)）方差分析58優(yōu)質(zhì)【例4】某研究者擬采用交叉設(shè)計(jì)觀察A、B兩種藥物治療18例禽流感患者的療效。

方法（1）編號：將受試者分別編號為1、2、3、4、…、17、18號。（2）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字：由計(jì)算器（計(jì)算機(jī)）產(chǎn)生18個(gè)隨機(jī)數(shù)。（3）歸組：隨機(jī)數(shù)字較小的一半患者先用A藥后用B藥；較大的一半患者先用B藥后用A藥。

59優(yōu)質(zhì)編號隨機(jī)數(shù)分組60優(yōu)質(zhì)

設(shè)計(jì)方法例某研究者欲通過12只大白鼠研究A、B兩種參數(shù)電針刺激后痛域值上升情況，同時(shí)還考慮了個(gè)體差異與A、B順序?qū)ν从蛑档挠绊?。試作交叉設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)如下：先將12只大白鼠按條件相近者配對并依次編號（1.1,1.2；2.1,2.2；3.1,3.2；…或1,2；3,4；5,6…），再任意指定隨機(jī)數(shù)字表中的任一行（如第6行），并規(guī)定隨機(jī)數(shù)字為奇數(shù)時(shí)，對子中的單號觀察單位先用A后用B，雙號觀察單位先用B后用A；隨機(jī)數(shù)字為偶數(shù)時(shí)，對子中的單號觀察單位先用B后用A，雙號觀察單位先用A后用B。61優(yōu)質(zhì)

設(shè)計(jì)方法

分組結(jié)果：1、4、5、8、9、11號大白鼠用藥順序是AB

，

2、3、6、7、10、12號大白鼠用藥順序是BA。交叉設(shè)計(jì)（cross-overdesign）62優(yōu)質(zhì)問：兩種處理之間有無顯著差別?【實(shí)例】263優(yōu)質(zhì)

統(tǒng)計(jì)分析方法交叉設(shè)計(jì)（cross-overdesign）64優(yōu)質(zhì)

統(tǒng)計(jì)分析方法交叉設(shè)計(jì)（cross-overdesign）65優(yōu)質(zhì)是在自身配對設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該設(shè)計(jì)考慮了1個(gè)處理因素（A、B兩水平），2個(gè)與處理因素?zé)o交互作用的非處理因素（試驗(yàn)階段和受試對象）對試驗(yàn)結(jié)果的影響。優(yōu)點(diǎn)：①具備自身配對設(shè)計(jì)的全部優(yōu)點(diǎn)，如減少個(gè)體間的差異，減少樣本含量；②能控制時(shí)間因素（試驗(yàn)階段）對處理因素的影響，因而優(yōu)于自身對照設(shè)計(jì)；③各試驗(yàn)對象均接受了試驗(yàn)因素和對照，符合醫(yī)德要求。優(yōu)缺點(diǎn)交叉設(shè)計(jì)（cross-overdesign）66優(yōu)質(zhì)適用條件及應(yīng)注意的問題1.處理因素只有2水平（A、B），且兩個(gè)非處理因素（試驗(yàn)階段、受試對象）與處理因素間無交互作用。2.要求兩階段間須有一定間隔時(shí)間，以消除前階段治療措施的殘留效應(yīng)，保證兩階段的起始條件一致；間隔時(shí)間的長短可參照藥典或預(yù)試驗(yàn)中藥物在血清中的衰減速度；3.兩次觀察的時(shí)間不能過長，處理效應(yīng)不能持續(xù)過久；4.適用于病情較穩(wěn)定、病程可以分階段、短期治療可見療效的疾??；5.為消除患者的心理作用或防止研究者的暗示，一般多采用盲法。交叉設(shè)計(jì)（cross-overdesign）67優(yōu)質(zhì)五、拉丁方設(shè)計(jì)(latinsquaredesign)拉丁方設(shè)計(jì)是交叉設(shè)計(jì)的推廣。將k個(gè)不同符號排成k列，使第一個(gè)符號在每一行、每一列都僅出現(xiàn)一次的方陣，稱為k×k拉丁方。應(yīng)用拉丁方進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)單位按照兩種屬性或者非非試驗(yàn)因素行程區(qū)組，即每個(gè)單位既屬于一個(gè)行區(qū)組，又屬于一個(gè)列區(qū)組，就是在行、列兩個(gè)方向上都進(jìn)行局部控制，使行、列兩向皆成完全區(qū)組或重復(fù)。處理數(shù)重復(fù)數(shù)行數(shù)列數(shù)相等68優(yōu)質(zhì)ｒ＝４時(shí)，拉丁方的基本結(jié)構(gòu)如下。每個(gè)實(shí)驗(yàn)單位的觀察指標(biāo)記錄在相應(yīng)的格子內(nèi)（表示一個(gè)處理，ｒ＝處理數(shù)）。

列區(qū)組ⅠⅡⅢⅣ行區(qū)組１ＡＢＣＤ２ＢＡＤＣ３ＣＤＢＡ４ＤＣＡＢ1）根據(jù)處理數(shù)任選一個(gè)相應(yīng)階數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)拉丁方（處理數(shù)=階數(shù)）2）將標(biāo)準(zhǔn)拉丁方的行和列隨機(jī)重排3）將處理隨機(jī)地分配給拉丁方中的字母69優(yōu)質(zhì)

（二）常用拉丁方

在動物試驗(yàn)中，最常用的有3×3，4×4，5×5，6×6階拉丁方。下面列出部分標(biāo)準(zhǔn)型拉丁方，供進(jìn)行拉丁方設(shè)計(jì)時(shí)選用。拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）70優(yōu)質(zhì)拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）71優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)的基本要求必須是3個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)，且3個(gè)因素的水平數(shù)相等（若3因素的水平數(shù)略有不同，應(yīng)以主要處理因素的水平數(shù)為主，其它2因素的水平數(shù)可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整）；三因素間是相互獨(dú)立的，均無交互作用；各行、列、字母所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差齊。拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）72優(yōu)質(zhì)例某腫瘤研究所擬通過動物實(shí)驗(yàn)研究4種抗癌藥物的抑癌作用，同時(shí)考慮4個(gè)不同劑量、瘤株對抗癌藥物的作用。用何實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可達(dá)此研究目的？（實(shí)驗(yàn)過程是用4種瘤株勻漿接種小白鼠，7d后分別用4種抗癌藥物，各取4種不同劑量腹腔注射，每日1次，連續(xù)10d，停藥1d，處死后解剖測瘤重）本研究有3個(gè)因素：抗癌藥物、劑量和瘤株，各因素皆有四水平，其中抗癌藥物為主處理因素；從專業(yè)角度已知三因素間無交互作用，用拉丁方設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)方法拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）73優(yōu)質(zhì)1.因三因素均有四個(gè)水平，選用4×4基本型拉丁方。2.對4×4基本型拉丁方隨機(jī)化：設(shè)計(jì)方法拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）74優(yōu)質(zhì)3.規(guī)定行、列、字母所代表的因素與水平本例規(guī)定：“字母”

A、B、C、D

分別代表四種不同的抗癌藥物；“列”為瘤株種類，肉瘤180（S180）、肝肉瘤（HS）、艾氏腹水瘤（EC）和網(wǎng)狀細(xì)胞瘤（ARS）分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表；“行”為劑量，以1、2、3、4分別代表由小到大的4個(gè)不同劑量；然后按隨機(jī)化后的拉丁方陣安排實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型見下表：如第一行第一列為接種S180勻漿的小白鼠注射劑量為1的C抗癌藥物；依次類推。設(shè)計(jì)方法拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）75優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)方法拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）76優(yōu)質(zhì)77優(yōu)質(zhì)當(dāng)行、列間皆有明顯差異時(shí)，在控制試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)精度方面，應(yīng)用拉丁方試驗(yàn)將比隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)更有效。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)拉丁方設(shè)計(jì)78優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)處理數(shù)不能太多，5-10。試驗(yàn)處理數(shù)>10，試驗(yàn)龐大，難以實(shí)施。試驗(yàn)處理數(shù)<5，誤差項(xiàng)自由度太小。在采用4個(gè)以下處理的拉丁方設(shè)計(jì)時(shí)，為了使估計(jì)誤差自由度>12，可采用“復(fù)拉丁方設(shè)計(jì)”，即同一個(gè)拉丁方試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行數(shù)次，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)合并分析，以增加誤差項(xiàng)的自由度。缺點(diǎn)79優(yōu)質(zhì)研究5種不同飼料對乳牛產(chǎn)乳量影響試驗(yàn)每頭乳牛的泌乳期分為5個(gè)階段隨機(jī)分配飼料的5個(gè)水平乳牛個(gè)體及牛的泌乳期不同對產(chǎn)乳量都會有影響，可以將其分別作為區(qū)組設(shè)置，采用拉丁方設(shè)計(jì)。選擇5頭牛5×5拉丁方80優(yōu)質(zhì)ABCDE1CEABD3DCEAB4EDBCA512345BADEC2BADEC2CEABD3ABCDE1DCEAB4EDBCA512345ABCDE1ECDBA5BAECD2DEBAC4CDAEB32513431542432151245354321選擇標(biāo)準(zhǔn)方列隨機(jī)行隨機(jī)處理隨機(jī)32145254315134281優(yōu)質(zhì)總平方和自由度區(qū)組處理誤差行區(qū)組列區(qū)組82優(yōu)質(zhì)【實(shí)例】分析方法：三向交叉分組（無重復(fù)）方差分析83優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

拉丁方設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，是將兩個(gè)單位組因素與試驗(yàn)因素一起，按三因素試驗(yàn)單獨(dú)觀測值的方差分析法進(jìn)行，但應(yīng)假定3個(gè)因素之間不存在交互作用。將橫行單位組因素記為A，直列單位組因素記為B，處理因素記為C，橫行單位組數(shù)、直列單位組數(shù)與處理數(shù)記為r，對拉丁方試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析的數(shù)學(xué)模型為：拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）84優(yōu)質(zhì)四、拉丁方設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）拉丁方設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)

1、精確性高

拉丁方設(shè)計(jì)在不增加試驗(yàn)單位的情況下，比隨機(jī)單位組設(shè)計(jì)多設(shè)置了一個(gè)單位組因素，能將橫行和直列兩個(gè)單位組間的變異從試驗(yàn)誤差中分離出來，因而試驗(yàn)誤差比隨機(jī)單位組設(shè)計(jì)小，試驗(yàn)的精確性比隨機(jī)單位組設(shè)計(jì)高。

2、試驗(yàn)結(jié)果的分析簡便

拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）85優(yōu)質(zhì)

（二）拉丁方設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)

因?yàn)樵诶≡O(shè)計(jì)中，橫行單位組數(shù)、直列單位組數(shù)、試驗(yàn)處理數(shù)與試驗(yàn)處理的重復(fù)數(shù)必須相等，所以處理數(shù)受到一定限制。若處理數(shù)少，則重復(fù)數(shù)也少，估計(jì)試驗(yàn)誤差的自由度就小，影響檢驗(yàn)的靈敏度；若處理數(shù)多，則重復(fù)數(shù)也多，橫行、直列單位組數(shù)也多，導(dǎo)致試驗(yàn)工作量大，且同一單位組內(nèi)試驗(yàn)動物的初始條件亦難控制一致。因此，拉丁方設(shè)計(jì)一般用于5-8個(gè)處理的試驗(yàn)。在采用4個(gè)以下處理的拉丁方設(shè)計(jì)時(shí)，為了使估計(jì)誤差的自由度不少于12，可采用“復(fù)拉丁方設(shè)計(jì)”，即同一個(gè)拉丁方試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行數(shù)次，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)合并分析，以增加誤差項(xiàng)的自由度。拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）86優(yōu)質(zhì)

應(yīng)當(dāng)注意，在進(jìn)行拉丁方試驗(yàn)時(shí)，某些單位組因素，如藥物的代謝階段，試驗(yàn)因素的各處理要逐個(gè)地在不同階段實(shí)施，如果前一階段有殘效，在后一階段的試驗(yàn)中，就會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差而影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，安排適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)間歇期以消除殘效。另外，還要注意，橫行、直列單位組因素與試驗(yàn)因素間不存在交互作用，否則不能采用拉丁方設(shè)計(jì)。注意事項(xiàng)拉丁方設(shè)計(jì)（Latinsquaredesign）87優(yōu)質(zhì)六、析因設(shè)計(jì)（Factor