正交实验法详解
正交试验设计法简介
正交试验设计法简介
一、本文概述
正交试验设计法是一种高效、系统的试验设计方法,广泛应用于科学研究、工程实践以及日常生产中的优化问题。本文将对正交试验设计法的基本概念、原理、应用及其优势进行详细介绍,旨在帮助读者更好地理解和应用这一实用的试验设计方法。
正交试验设计法基于数理统计和正交表的理论,通过合理安排试验因素与水平,以较少的试验次数获得丰富的试验信息。该方法的核心在于利用正交表的正交性,使得各试验因素之间互不干扰,从而能够准确地评估各因素对试验结果的影响程度。
本文将从正交试验设计法的基本原理出发,阐述其在实际应用中的操作步骤和方法。通过具体案例的分析,展示正交试验设计法在解决实际问题中的优势和应用价值。本文还将对正交试验设计法的局限性和改进方向进行探讨,以期为读者提供更为全面、深入的了解。
二、正交试验设计法的基本原理
正交试验设计法是一种以数理统计和正交性原理为基础的高效试验
设计方法。其基本原理在于,通过选择一组具有代表性的试验点,即正交表中的行,来全面、均衡地考察多个因素在不同水平下的试验效果。这种方法能够在保证试验全面性的大大减少试验次数,提高试验效率。
正交试验设计法主要基于两个核心原理:正交性原理和代表性原理。正交性原理指的是在试验设计中,各因素之间应相互独立,互不影响,从而确保试验结果的准确性和可靠性。代表性原理则是指在选择试验点时,应确保每个试验点都能代表一定的因素水平组合,以便全面考察各因素对试验结果的影响。
正交表是正交试验设计法的核心工具,它是一种具有特定结构的表格,用于安排试验因素和水平。正交表具有均衡分散和整齐可比的特点,能够确保每个试验点都具有一定的代表性,并且各因素之间保持正交性。通过正交表,可以方便地安排试验,并对试验结果进行分析和比较。
正交实验法
1、每列各水平号出现的重复数相同 2、任两列横向出现的有序水平号对出现的重复数相同
二、正交实验例 拉脱力
F
柱塞杆
φD
K×β
P
柱塞头
L
指标:拉脱力 F>900Kg 因素 : 柱塞头外径 : φD 柱塞头高度 : L
柱塞头倒角 : K×β
F 收口油压 : P
柱塞杆
φD
K×β
P 柱塞头 L
1、定指标、影响因素、因素水平
1(6) 2(8) 1 (6) 2 (8)
1(400) 2(500) 2 (500) 1 (400)
合格率
90 85 45 70
水平一的合格率 : B1 67.5 水平二的合格率 : B2 77.5
R2 B1 B2 77.5 67.5 10
用B1,B2 代表因素B的两水 变化对指标的影响,显然B2 对 指标有利,即8h指标高.
400
用C1,C2代表因素C的两水平变化对指标的影响, 显然C1对指标有利,即400C指标高
500
总结
L4(23)正交表
保温时间h 出炉温度℃ 指标(%)
加热温度℃
1 2 3 4 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ri
1(800) 1(800) 2(820) 2 (820) 175 115 87.5 57.5 30
1(6) 2(8) 1 (6) 2 (8) 67.5 77.5 10
正交实验法详解
正交实验法的由来
一、正交表的由来
拉丁方名称的由来
古希腊是一个多民族的国家,国王在检阅臣民时要求每个方队中每行有一个民族代表,每列也要有一个民族的代表。
数学家在设计方阵时,以每一个拉丁字母表示一个民族,所以设计的方阵称为拉丁方。
什么是n阶拉丁方?
用n个不同的拉丁字母排成一个n阶方阵(n<26 ),如果每行的n个字母均不相同,每列的n个字母均不相同,则称这种方阵为n*n拉丁方或n阶拉丁方。每个字母在任一行、任一列中只出现一次。什么是正交拉丁方?
设有两个n阶的拉丁方,如果将它们叠合在一起,恰好出现n2个不同的有序数对,则称为这两个拉丁方为互相正交的拉丁方,简称正交拉丁方。
例如:3阶拉丁方(图1)
用数字替代拉丁字母:(图2)
二、正交实验法
正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验,按全面实验要求,须进行33=27种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9(33) 正交表按排实验,只需作9次,按L18(37) 正交表进行18次实验,显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
利用因果图来设计测试用例时, 作为输入条件的原因与输出结果之间的因果关系,有时很难从软件需求规格说明中得到。往往因果关系非常庞大,以至于据此因果图而得到的测试用例数目多的惊人,给软件测试带来沉重的负担,为了有效地,合理地减少测试的工时与费用,可利用正交实验设计方法进行测试用例的设计。
正交实验法详解
正交实验法的由来
一、正交表的由来
拉丁方名称的由来
古希腊是一个多民族的国家,国王在检阅臣民时要求每个方队中每行有一个民族代表,每列也要有一个民族的代表。
数学家在设计方阵时,以每一个拉丁字母表示一个民族,所以设计的方阵称为拉丁方。
什么是n阶拉丁方?
用n个不同的拉丁字母排成一个n阶方阵(n<26 ),如果每行的n个字母均不相同,每列的n个字母均不相同,则称这种方阵为n*n拉丁方或n阶拉丁方。每个字母在任一行、任一列中只出现一次。
什么是正交拉丁方?
设有两个n阶的拉丁方,如果将它们叠合在一起,恰好出现n2个不同的有序数对,则称为这两个拉丁方为互相正交的拉丁方,简称正交拉丁方。
例如:3阶拉丁方(图1)
用数字替代拉丁字母:(图2)
二、正交实验法
正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验,按全面实验要求,须进行33=27种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9(33) 正交表按排实验,只需作9次,按L18(37) 正交表进行18次实验,显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
利用因果图来设计测试用例时, 作为输入条件的原因与输出结果之间的因果关系,有时很难从软件需求规格说明中得到。往往因果关系非常庞大,以至于据此因果图而得到的测试用例数目多的惊人,给软件测试带来沉重的负担,为了有效地,合理地减少测试的工时与费用,可利用正交实验设计方法进行测试用例的设计。
正交实验法的原理
正交实验法的原理
正交实验法是一种多因素试验设计方法,用于确定多个因素对实验结果的影响。该方法的原理基于以下理念:
1. 因素的独立性:正交实验法假设各个因素之间是相互独立的,即一个因素的变化不会影响其他因素的变化。这使得实验结果能够准确地反映每个因素的影响。
2. 最小二乘法:正交实验法通过最小二乘法来构建试验矩阵。最小二乘法是一种通过最小化实际数据与拟合曲线之间的差异来确定因素对结果的影响的方法。正交实验法通过设计合适的试验矩阵,使得最小二乘法能够有效地判断因素对结果的影响。
3. 科学有效性:正交实验法基于数学统计学原理和设计思想,能够充分挖掘因素之间的关系,并减少试验的数量。这使得实验结果更加科学可靠,并且能够提高实验效率。
通过正交实验法设计的实验,可以将多个因素进行有效控制,避免因素之间的相互干扰,从而准确地确定每个因素对实验结果的影响程度。这对于优化生产工艺、改进产品性能和提高实验效率具有重要意义。
正交试验法及其应用
第二次世界大战后,试验设计作为质量管理技术之一 , 受到各 国的高度重视 ,以日本人田口玄一博士为首的一批研究人员在 1 9 4 9年发明了用正交表安排试验方案 ,1 9 5 2年 田口玄一 在日本 东海电报公司 ,运用正交表进行试验取得了全面成功 ,之后正交 试验设计法在日本的工业生产中得到迅速推广。 据统计,在正交 法推广的头 l 0年,试验项目超过 1 0 0万项, 其中三分之一的项目 效果显著 ,获得极大的经济效益。
(1)、试验指标。在试验中需要考查的效果的特征值,简称为试验 指标。指标与试验目的是相对应的,如试验的目的是提高产量, 则产量就是试验要考查的指标;又如试验的目的是降低成本, 则成本就成了试验要考查的指标 。当然,试验指标也可以有多 个,例如我们需要同时考察硬度和导电率和最优值,那么试验 指标就有两个,根据实际需要,试验指标可以有多个。 (2)、因素 。指作试验研究过程的自变量,常常是造成试验指标按 某种规律发生变化的那些原因。如例1的温度、压力、碱的用量。 (3)、水平 。指试验中因素所处的具体状态或情况 。如例1的温度 有3个水平。温度用T表示,下标1、2、3表示因素的不同水平,
我国从 2 0世纪 5 0年代开始 ,以中国科学院数学研究所的研究 人员为基础深入研究正交试验设计这门科学 ,并逐步应用到工农 业生产中去,其后正交试验设计得到了广泛研究,尤以上海、 江
例3 正交试验法对冲压件多工艺参数优化的仿真及实验 验证.
正交试验法
• 减少实验误差
• 可应用于多因素、多水平的实验
• 便于数据分析与优化
正交试验法的局限性及其原因
局限性
• 仅适用于线性关系的实验
• 对实验条件要求较高
• 不适用于非正交实验
原因
• 正交试验法基于正交表安排实验
• 对非线性关系的实验适应性较差
• 实验条件限制导致局限性
正交试验法的改进与发展趋势
改进方法
选择合适的正交表
• 根据实验因素与水平选择合适的正交表
• 正交表应包含所有可能的实验组合
安排实验因素与水平
• 按照正交表的格式安排实验因素与水平
• 每个实验组合都应包含所有因素
实验方案的实施
• 按照实验方案进行实验操作
• 记录实验数据
正交试验法的实验操作与数据收集
实验操作
数据收集
• 按照实验方案进行实验操作
发展趋势
• 结合其他实验设计方法
• 应用于更多领域的实验设计
• 采用非线性回归分析
• 结合先进的实验技术与数据分析方法
• 发展新的正交试验法
• 改进与优化正交试验法,提高实验效果
谢谢观看
T H A N K Y O U F O R W AT C H I N G
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• 费雪(R. A. Fisher)
• 邓肯(F. Y. Duncan)等
正交实验法
正交实验法
百科名片
试验方法
正交实验法举例
编辑本段试验方法
我们知道如果有很多的因素变化制约着一个事件的变化,那么为了弄明白哪些因素重要,哪些不重要,什么样的因素搭配会产生极值,必须通过做实验验证(仿真也可以说是实验,只不过试验设备是计算机),如果因素很多,而且每种因素又有多种变化(专业称法是:水平),那么实验量会非常的大,显然是不可能每一个实验都做的。能够大幅度减少试验次数而且并不会降低试验可行度的方法就是使用正交试验法。首先需要选择一张和你的实验因素水平相对应的正交表,已经有数学家制好了很多相应的表,你只需找到对应你需要的就可以了。所谓正交表,也就是一套经过周密计算得出的现成的实验方案,他告诉你每次实验时,用那几个水平互相匹配进行实验,这套方案的总实验次数是远小于每种情况都考虑后的实验次数的。比如3水平4因素表就只有9行,远小于遍历试验的81次;我们同理可推算出如果因素水平越多,试验的精简程度会越高。
建立好实验表后,根据表格做实验,然后就是数据处理了。由于试验次数大大减少,使得试验数据处理非常重要。首先可以从所有的实验数据中找到最优的一个数据,当然,这个数据肯定不是最佳匹配数据,但是肯定是最接近最佳的了。这是你能得到一组因素,这是最直观的一组最佳因素。接下来将各个因素当中同水平的实验值加和(注:正交表的一个特点就是每个水平在整个实验中出现的次数是相同的),就得到了各个水平的实验结果表,从这个表当中又可以得到一组最优的因素,通过比较前一个因素,可以获得因素变化的趋势,指导更进一步的试验。各个因素中不同水平试验值之间也可以进行如极差、方差等计算,可以获知这个因素的敏感度,等等等等,还有很多处理数据的方法。然后再根据统计数据,确定下一步的试验,这次实验的范围就很小了,目的就是确定最终的最优值。当然,如果因素水平很多,这种寻优过程可能不止一次。
正交试验设计法简介
正交试验设计法简介
一、概述
正交试验设计法,又称为正交实验设计、正交表设计或正交测试设计,是一种高效、系统的试验设计方法。该方法源于数学中的正交性概念,通过正交表来安排多因素试验,使得每个因素的每个水平都能在其他因素的所有水平中均衡出现,从而能够有效地分析多个因素对试验结果的影响。正交试验设计法最初由日本统计学家田口玄一博士于20世纪50年代提出,并在工程领域得到了广泛应用。
正交试验设计法的主要优点包括试验次数少、数据分析简便、试验效果高等。通过正交表的设计,可以大大减少试验次数,提高试验效率同时,正交表的规范化和系统性使得试验数据的分析变得简单明了,便于找出影响试验结果的主要因素和最优组合。
正交试验设计法广泛应用于工业、农业、医学、军事等领域。在工业生产中,正交试验设计法可用于优化产品设计、改进生产工艺、提高产品质量等在农业研究中,可用于优化作物种植方案、提高作物产量等在医学研究中,可用于药物筛选、临床治疗方案优化等。正交试验设计法还可用于系统可靠性分析、多目标决策等领域。
正交试验设计法是一种高效、实用的试验设计方法,对于多因素、
多水平的试验问题具有重要的应用价值。通过正交表的设计和分析,可以系统地研究多个因素对试验结果的影响,找出最优方案,提高试验效率和效果。
1. 正交试验设计法的定义
正交试验设计法是一种研究多因素多水平的科学实验设计方法。它基于Galois理论,从大量的实验点中挑选出适量的、有代表性的点进行试验,这些点具有“均匀分散,齐整可比”的特点。这种方法的主要工具是正交表,通过合理安排实验,可以在最少的试验次数下达到与大量全面试验等效的结果。正交试验设计法具有高效率、快速和经济的特点,被广泛应用于各个领域,如生物学、软件测试等。
正交实验法
正交实验法
正交实验法
正交实验法就是利用排列整齐的表 -正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析,实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件,以达到最高生产工艺效果。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样,使每次试验都具有较强的代表性,由于正交表具备均衡分散的特点,保证了全面实验的某些要求,这些试验往往能够较好或更好的达到实验的目的。正交实验设计包括两部分内容:第一,是怎样安排实验;第二,是怎样分析实验结果。
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目录
1 简介
2 试验方法
3 正交实验法举例
1 简介
2 试验方法
3 正交实验法举例
1 简介
正交实验法就是利用排列整齐的表 -正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析,实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件,以达到最高生产工艺效果。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样,使每次试验都具有较强的代表性,由于正交表具备均衡分散的特点,保证了全面实验的某些要求,这些试验往往能够较好或更好的达到实验的目的。正交实验设计包括两部分内容:第一,是怎样安排实验;第二,是怎样分析实验结果。
2 试验方法
我们知道如果有很多的因素变化制约着一个事件的变化,那么为
了弄明白哪些因素重要,哪些不重要,什么样的因素搭配会产生极值,必须通过做实验验证(仿真也可以说是实验,只不过试验设备是计算机),如果因素很多,而且每种因素又有多种变化(专业称法是:水平),那么实验量会非常的大,显然是不可能每一个实验都做的。能够大幅度减少试验次数而且并不会降低试验可行度的方法就是使用正交试验法。首先需要选择一张和你的实验因素水平相对应的正交表,已经有数学家制好了很多相应的表,你只需找到对应你需要的就可以了。所谓正交表,也就是一套经过周密计算得出的现成的实验方案,他告诉你每次实验时,用那几个水平互相匹配进行实验,这套方案的总实验次数是远小于每种情况都考虑后的实验次数的。比如3水平4因素表就只有9行,远小于遍历试验的81次;我们同理可推算出如果因素水平越多,试验的精简程度会越高。
正交试验法及实例分析
2、试验指标
采用正交试验设计的方法,研究在各个因素作用下中庭 空间排风量的大小,从而得到对混合通风影响最大的因素。
3、选因素
热源非对称性集中分布时,由于此时中庭内部的风速及温度 分布存在偏移,且相对于热源对称分布时中庭内部的气流分布不 是很理想,因此,在各个热源分布形式的情况下,分别考虑在中 庭顶部出口和热源层加上风机。热源层加上风机的窗口为住户和 中庭空间连接的内窗口,安装于此的风机定义为内窗风机。此外, 在热源层上加入风机时还必须考虑所放风机的位置。 因此共有4个因素,热源分布形式、顶部风机风量、内窗风 机风量以及内窗风机位置。
表3
热源分布形式
5、设计合适的正交表并列出试验方案
表4
热源非对称集中分布混合通风模拟工况
6、试验结果分析
表5 热源非对称集中分布混合通风模拟计算结果
6、试验结果分析
将各个水平的平均值在趋势图中表示出来,进行分析。
表6 正交分析结果
图6表示的是热源非对称集中分布时正交设计各因子的各个水平平均值的趋势 图。其中,A、B、C、D分别代表工况、顶部风机、内窗风机、内窗风机安装 位置四个因子,从图中可以看出,对混合通风影响最大的是顶部风机,其次 是内窗风机,热源分布次之,而内窗风机安装位置的影响较其他三个因子最 小。
4、水平的确定
②所放风机的位置可选择三个水平,分别为位于建筑的低层、中层、上层。但考 虑到横向气流对中庭内部垂直气流的阻断作用,在建筑低层加上风机意义不大, 因此,只考虑两个高度水平,即建筑的中层和上层,分别定在建筑的第五层和第 九层。
正交实验法及其应用
正交实验法及其应用
为了研制新产品,提高产品的质量和数量,降低原材料消耗,都需要做试验。一项试验如何安排,就得选择方法。一个好的试验方法,只要用少量试验既能得到较好的效果和分析出较为正确的结论;如果试验方法不好,不但试验次数多,而且结果还不一定理想。正交试验法就是利用一套规格化的表(正交表)来安排试验方案,使得试验次数尽可能地少;并通过对试验数据的简单分析,有助于我们在复杂的影响因素中抓住主要因素,从而找出较好的实验方案。“正交试验法”应用的范围非常广泛,现已成为比较简便、易行的一种应用数学方法。这里分两部分:简单介绍正交试验的基本方法和利用该方法对芦荟多糖提取条件进行优化。其中第一部分包括:正交试验法解决的问题;涉及的相关术语;如何用正交表安排试验以及怎样分析试验结果。另外,有时试验过程中不仅因素的水平变化对指标有影响,而且,有些因素间各水平的联合搭配对指标也产生影响,这种联合搭配作用称为交互作用,这里不作介绍。第二部分应用正交实验法对芦荟多糖提取条件进行了优化,得到很好的试验结果,大大加快了试验的进程,并节约了试验的耗材。
第一部分正交试验的基本方法
一、什么是“正交试验法”
采用什么样的实验设计方案能够做到优质、高产、低稍耗?要使实验顺利进行应该改进哪些实验条件……?由于实验结果是受许多方面的因素的影响,往往需要进行试验来增加对具体实验的认识,以便摸索其中的规律性。
凡是要做试验就存在着如何安排试验和如何分析试验结果的问题。科学的实验安排应能做到两点:1)在试验安排上尽可能地减少试验次数2)在进行较少次数试验的基础上,能够利用所得到的试验数据,分析出指导下一步实验的正确结论,并得到较好的结果。
测试用例设计方法--正交试验法详解
测试用例设计方法--正交试验法详解
正交试验法介绍
正交试验法是研究多因素、多水平的一种试验法,它是利用正交表来对试验进行设计,通过少数的试验替代全面试验,根据正交表的正交性从全面试验中挑选适量的、有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,整齐可比”的特点。
正交表是一种特制的表格,一般用L n (m k
)表示,L 代表是正交表,n 代表试验次数或正交表的行数,k 代表最多可安排影响指标因素的个数或正交表的列数,m 表示每个因素水平数,且有n=k*(m-1)+1。
正交表的特点
正交表具有以下两个特点。正交表必须满足这两个特点,有一条不满足,就不是正交表。
每列中不同数字出现的次数相等。这一特点表明每个因素的每个水平与其它因素的每个水平
参与试验的几率是完全相同的,从而保证了在各个水平中最大限度地排除了其它因素水平的干扰,能有效地比较试验结果并找出最优的试验条件。
在任意2列其横向组成的数字对中,每种数字对出现的次数相等。这个特点保证了试验点均匀地分散在因素与水平的完全组合之中,因此具有很强的代表性。
使用正交试验法的原因
对于单因素或两因素试验,因其因素少,试验的设计、实施与分析都比较简单。但在实际工作中,常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,试验的规模很大,由于时间和成本的限制我们不可能进行全面试验,但是具体挑其中的哪些测试用例进行测试我们心里拿不准,总担心不做不挑选的那些测试用例会遗漏一些严重缺陷。为了有效的、合理地减少测试的工时与费用,我们利用正交试验法来设计测试用例。正交试验法就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率的试验设计方法。 我们用测试实例来进行说明使用正交试验法设计测试用例的好处。 测试需求:
正交试验法(含案例)
正交试验设计法
一、定义:正交试验设计法就是利用正交表来合理安排多因素试验的一种
方法。
二、常用术语
1、指标:指标就是试验要考察的效果。常用X、Y、Z……来表示。
▼定量指标:能够用数量来表示的试验指标,如重量、尺寸、温度。
▼定性指标:不能用数量来表示的试验指标,如颜色、味道、外观。
●定性指标量化:可用打分法、分等法。
2、因素:因素是指对试验指标可能产生影响的原因。
因素是在试验中应当加以考察的重点内容。
一般用大写字母A、B、C……来表示。
3、水平(位级):位级是指因素在试验中所处的状态或条件。常用阿拉伯数字1、2、3……来表示。如: A1、A2、A3、B1、B2、B3。
三、正交表 (已设计好的标准化表格,是进行正试验法的基本工具)
1、日本型正交表:
由日本质量管理专家田口玄一博士创立。该正交试验设计法,除需试验的因素外,还要研究分析因素与因素之间的交互作用,一起上列,对试验结果的分析用方差分析等方法,过程较复杂。
2、中国型正交表
是由以我国张千里教授为首的中国专家所创立。它不考虑因素之间的交互作用,而将其交互作用融于试验之中,对试验结果的分析采用极差分析法,简单的用“看一看”与“算一算”相结合的分析、简单、易行、同样能得到满意的结论,是一种实用的试验方法,很适合现场应用。
四、正交表的特点:
1、均衡分散性:每一列中各种字码出现的次数相同,保证试验条件均衡地分散在配合完全的位级组合之中,因而代表性强,容易出现好条件。
2、整齐可比性:任意两列中全部有序数字对出现次数都是相同的。保证了在各个位级的效果之中,最大限度地排除了其他因素的干扰,能最有效地进行比较,作出展望。
正交试验简介
优点
高效性
正交试验通过合理地设计试验方案,可以在较少的试 验次数内获得更多的有效信息,具有高效性。
系统性
正交试验按照规定的程序进行,能够全面而系统地考 察各个因素对试验结果的影响。
科学性
正交试验基于统计学的原理,能够准确地分析试验结 果,得出科学的结论。
缺点
试验成本高
正交试验需要较多的试验材料、设备和人力投入,因此试验成本较高。
减少废品率
通过正交试验,可以减少生产过程中的废品率和不良品率,提高产 品的一次性合格率。
社会科学研究
调查设计
在社会科学研究中,经常需要设计调查问卷 和实验方案,正交试验可以帮助研究者优化 调查问卷和实验方案的设计。
数据分析
正交试验可以帮助研究者对调查和实验数据进行更 准确的分析,从而得到更可靠的结论。
预测市场趋势
通过正交试验,可以预测市场对不同产品的 反应,从而帮助企业做出更明智的商业决策 。
医学与生物研究
药物研发
在药物研发过程中,正交试验可以用来寻找最佳的药物配方和剂 量。
疾病诊断
通过正交试验,可以找到最有效的疾病诊断方法,提高诊断的准 确性和效率。
生物实验设计
在生物实验中,正交试验可以帮助研究者设计出最有效的实验方 案,提高实验的可靠性和效率。
正交试验的重要性
减少试验次数
通过合理安排因素和水平,正交试验能够用较少的试验次数获得 较多的信息,提高了试验效率。
什么是正交试验(详解)
什么是正交试验设计
正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分析因式设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验,按全面实验要求,须进行3^3 = 27种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9(3)正交表安排实验,只需作9次,按L18(3)正交表进行18次实验,显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
正交表是一整套规则的设计表格,用L为正交表的代号,n为试验的次数,t为水平数,c为列数,也就是可能安排最多的因素个数。例如L9(3^4)它表示需作9次实验,最多可观察4个因素,每个因素均为3水平。一个正交表中也可以各列的水平数不相等,我们称它为混合型正交表,如L8(4×2),此表的5列中,有1列为4水平,4列为2水平。
编辑本段正交试验设计表
正交试验设计表[1]
正交试验因素水平表正交试验设计方案及试验结果极差分析表(或指标与因素关系图) 方差分析表(简单分析时可无)
正交表的性质
(1)每一列中,不同的数字出现的次数相等。例如在两水平正交表中,任何一列都有数码“1”与“2”,且任何一列中它们出现的次数是相等的;如在三水平正交表中,任何一列都有“1”、“2”、“3”,且在任一列的出现数均相等。
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正交实验法的由来
一、正交表的由来
拉丁方名称的由来
古希腊是一个多民族的国家,国王在检阅臣民时要求每个方队中每行有一个民族代表,每列也要有一个民族的代表。
数学家在设计方阵时,以每一个拉丁字母表示一个民族,所以设计的方阵称为拉丁方。
什么是n阶拉丁方?
用n个不同的拉丁字母排成一个n阶方阵(n<26 ),如果每行的n个字母均不相同,每列的n个字母均不相同,则称这种方阵为n*n拉丁方或n阶拉丁方。每个字母在任一行、任一列中只岀现一次。
什么是正交拉丁方?
设有两个n阶的拉丁方,如果将它们叠合在一起,恰好岀现n2个不同的有序数对,则称为这两个拉
丁方为互相正交的拉丁方,简称正交拉丁方。
例如:3阶拉丁方(图1)
ABC ABC
B C A 和CAB
CAS B C A
用数字替代拉丁字母:(图2)
1 2 3 (l f l) (2,2)(艮可
3 12 -> (2r3) (3r l) (1.2)
2 3 1 (3 辺(13) (2A)
二、正交实验法
正交试验设计(Orthogonal experimental design) 是研究多因素多水平的又一种设计方法,它是根
据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐
整可比”的特点,正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。例如作一个三因素
三水平的实验,按全面实验要求,须进行33=27种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。若按
L9(33)正交表按排实验,只需作9次,按L18(37)正交表进行18次实验,显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
利用因果图来设计测试用例时,作为输入条件的原因与输岀结果之间的因果关系,有时很难从软件需求规格说明中得到。往往因果关系非常庞大,以至于据此因果图而得到的测试用例数目多的惊人,给软件测试带来沉重的负担,为了有效地,合理地减少测试的工时与费用,可利用正交实验设计方法进行测试用例的设计。
正交实验设计方法:依据Galois理论,从大量的(实验)数据(测试例)中挑选适量的、有代表性的点(例),从而合理地安排实验(测试)的一种科学实验设计方法。类似的方法有:聚类分析方法、因子方法方法等。
三、利用正交实验设计测试用例的步骤:
(1)提取功能说明,构造因子--状态表
把影响实验指标的条件称为因子,而影响实验因子的条件叫因子的状态。
利用正交实验设计方法来设计测试用例时,首先要根据被测试软件的规格说明书找岀影响其功能实现
的操作对象和外部因素,把他们当作因子;而把各个因子的取值当作状态。对软件需求规格说明中
的功能要求进行划分,把整体的、概要性的功能要求进行层层分解与展开,分解成具体的有相对独立性的、基本的功能要求。这样就可以把被测试软件中所有的因子都确定下来,并为确定每个因子的
权值提供参考的依据。确定因子与状态是设计测试用例的关键。因此要求尽可能全面的、正确的确
定取值,以确保测试用例的设计作到完整与有效。
(2)加权筛选,生成因素分析表
对因子与状态的选择可按其重要程度分别加权。可根据各个因子及状态的作用大小、岀现频率的大小以及测试的需要,确定权值的大小。
(3)利用正交表构造测试数据集
利用正交实验设计方法设计测试用例,比使用等价类划分、边界值分析、因果图等方法有以下优点:节省测试工作工时;可控制生成的测试用例数量;测试用例具有一定的覆盖率。
在使用正交实验法时,要考虑到被测系统中要准备测试的功能点,而这些功能点就是要获取的因子或
因素,但每个功能点要输入的数据按等价类划分有多个,也就是每个因素的输入条件,即状态或水平值。
四、正交表的构成
行数(Runs):正交表中的行的个数,即试验的次数,也是我们通过正交实验法设计的测试用例的个数。因素数(Factors):正交表中列的个数,即我们要测试的功能点。
水平数(Levels):任何单个因素能够取得的值的最大个数。正交表中的包含的值为从0到数“水平数-1”或从1到“水平数”。即要测试功能点的输入条件。
正交表的形式:
L行数(水平数因素数)
如:L8(27)(图3)
五、正交表的正交性
整齐可比性
在同一张正交表中,每个因素的每个水平出现的次数是完全相同的。由于在试验中每个因素的每个水平与其它因素的每个水平参与试验的机率是完全相同的,这就保证在各个水平中最大程度的排除了其它因素水平的干扰。因而,能最有效地进行比较和作出展望,容易找到好的试验条件。
均衡分散性
在同一张正交表中,任意两列(两个因素)的水平搭配(横向形成的数字对)是完全相同的。这样就
保证了试验条件均衡地分散在因素水平的完全组合之中,,因而具有很强的代表性,容易得到好的试验条件。
用正交实验法设计测试用例
以上介绍了正交实验法的由来。怎么用正交实验法进行用例的设计呢?
一、用正交表设计测试用例的步骤
⑴有哪些因素(变量)
(2)每个因素有哪几个水平(变量的取值)
(3)选择一个合适的正交表
(4) 把变量的值映射到表中
(5) 把每一行的各因素水平的组合做为一个测试用例 (6)加上你认为可疑且没有在表中岀现的组合 、如何选择正交表
考虑因素(变量)的个数
考虑因素水平(变量的取值)的个数
考虑正交表的行数
取行数最少的一个
三、设计测试用例时的三种情况
(1)因素数(变量)、水平数(变量值)相符
(2) 因素数不相同
(3)水平数不相同 四、我们来看看第一种情况:
(1) 因素数与水平数刚好符合正交表
这是个人信息查询系统中的一个窗口。我们可以看到要测试的控件有 3个:姓名、身份证号码、 号码,也就是要考虑的因素有三个;而每个因素里的状态有两个:填与不填。
选择正交表时分析一下:
1、 表中的因素数>=3 ;
2、 表中至少有3个因素数的水平数>=2
;
手机 我们举个例子:(图4 )