第九章 实验设计

五 试验设计的基本原理
重 复
sx s n
降低试验误差
平均数抽样误差的大小与重复次数n的平方根 成反比，所以n增加，可以降低试验误差。 但在实际应用时，重复数太多，试验材料的初 始条件不易控制，也不一定能降低误差。
重复数的多少可根据试验的要求和条件而定。
五 试验设计的基本原理
随 机
无偏的估计试验误差
如果设计不合理，不仅达不到试验的目的，甚至导致 整个试验的失败。
能否合理地进行试验设计，关系到科研工作的成败。
(四）意义
一 试验设计的意义
1
节省人力、物力、财力和时间 减少试验误差，提高试验的精确度， 取得真实的试验资料，为统计分析 得出正确的判断和结构打下基础。
2
二 生物学试验的基本要求
试验目的明确
误差效应 处理效应
四、试验误差及其控制途径
试验误差的概念 来源
表示方法 控制途径
（一）概念
四、试验误差及其控制途径
试验效应
观测值
使观测值偏离试验处理 真值的偶然影响称为试 验误差或误差(error)。
误差效应 处理效应
不能完全一致的其他因素的偶然影响 处理的真实效应
（一）概念
四、试验误差及其控制途径
四、试验误差及其控制途径
（四）试验误差的控制
保证实验材料的均一性及实验环境的稳定性
改进操作管理制度，使之标准化 消除系统误差
精心选择试验单位
采用合理的试验设计
五 试验设计的基本原理
重 复
估计试验误差
重复：试验中同一处理实施在两个或两个以上 的试验单位上。 如果同一处理只实施在一个试验单位上，那么 只能得到一 个观测值，则无从看出差异，因而 无法估计试验误差的大小 。 只有当同一处理实施在两个或两个以上的试验 单位上，获得两个或两个以上的观测值时，才 能估计出试验误差。
因为单位组之间的差异可在方差分析时从试验误 差中分离出来，所以局部控制原则能较好地降低 试验误差。
五 试验设计的基本原理
重复、随机、局部控制三个基本原则是试验 设计中必须遵循的原则，再采用相应的统计 分析方法，就能最大程度地降低并无偏估计 试验误差，无偏估计处理效应，从而对于各 处理间的比较作出可靠的结论。
五 试验设计的基本原理
重 复 随 机 局部控制
三 原 则
无偏估计误差
估计误差
降低误差
作 用
统计推断 提高精确性
样本容量的确定
x

2 x


2
n
x

n
sx
s n
sx
s n
x t 0.05 s x
L t0.05 s x t0.05 s n
Ｌ即为臵信区间宽度的一半（臵信半径）
试验时间、地点
学术论文撰写
进度安排、经费预算 成果形式
(二）目的
一 试验设计的意义
避免系统误差，控制、降低试验误差， 无偏估计处理效应，从而对样本所在 总体作出可靠、正确的推断。
(三）任务
一 试验设计的意义
在研究工作进行之前，根据研究项目的需要，应用数 理原理，作出周密安排，力求用较少的人力、物力和 时间，最大限度地Biblioteka Baidu得丰富而可靠的资料，通过分析 得出正确的结论，明确回答研究项目所提出的问题。
严格要求试验的正确执行和试验条件 1 的代表性；
注意试验的环节，全面掌握试验的条 2 件，详实的试验记载
3 考虑季节变异的特点，克服年份、地
点环境条件的差异
三、试验设计的基本要素
受试对象
处理因素
基本 要素
处理效应
三、试验设计的基本要素
概念 对受试对象给予的
某种外部干预（或措施）
特点 人为设置
处理（因素）
在试验中，当试验环境或试验单位差异较大时， 仅根据重复和随机化两原则进行设计，不能将试 验环境或试验误差所引起的变异从试验误差中分 离出来，因而误差较大，试验的精确性与检验的 灵敏度降低。
五 试验设计的基本原理
局部控制
降低试验误差
在试验环境或试验单位差异较大的情况下，根据 局部控制原则，可将整个试验环境或试验单位分 成若干小环境或小组，称为单位组（或区组）。
简单对比设计 只有一个CK 每一个处理相邻都有一个CK
邻比设计
试验条件要有代表性
试验结果可靠
试验结果可重演
试 验 结 果 可 靠
准确度
试验中某一性状的观测值与其 相应真值的接近程度，不易确 定。
精确度
试验中同一性状的重复观测 值彼此接近的程度，即试验 误差的大小。
试 验 结 果 重 演
在相同的条件下，再进行试验 或实践，应能重复获得与原试 验结果相类似的结果。
（试验）误差
影响试验的精确度和准确度。
试验误差是衡量试验精确度的依据，误差小表示 精确度高，误差差，则比较的可靠性较差，而要 使处理间的差异达到指定的显著水平就很困难。
四、试验误差及其控制途径
可以避免
试 验 误 差
系统误差（片面误差）：由于试验处理以 外的其他条件明显不一致所产生的带有倾 向性的或定向性的偏差。
4s n L2
2
南阳黄母牛的体高 x 133 cm, s 4.07cm 以９５％的可靠性进行估计，并要求估计的误差 不超过0.5cm，求n值。
4s 2 4 4.0 72 n 265 2 2 L 0.5
第二节：对比设计
对比法：一种最简单的试验设计方法 适用于单因素试验。
单因素处理
多因素处理
1
实验中注意主要因素
处 理 因 素
2
控制非处理因素
处理因素标准化
3
三、试验设计的基本要素
处理因素的客体，即根据研 究目的而确定的观测总体。 受试对象 必须对其具体条件做出严格 规定，保证其同质性。
三、试验设计的基本要素
1
试验效应
2
处理因素作用于受试对象 的反应 研究结果的最终体现
三、试验设计的基本要素 四、试验误差及其控制途径
五、试验设计的基本原理
(一）概念
广义
课题的名称 研究的预期效果 试验单位的重复数 试验目的 试验方案 试验单位的分组
一 试验设计的意义
狭义
研究依据、内容 试验单位的选取 试验记录项目和要求 参加研究人员
试验结果的分析方法 经济或社会效益分析
已备条件
尚缺少的条件
随机误差（偶然误差）：由于试验中许多 无法控制的偶然因素所造成的试验结果与 真实结果之间产生的误差。
人为误差
不可避免
四、试验误差及其控制途径
（二）试验误差的来源
试验材料固有的差异
试验条件不一致
操作技术不一致
偶然性因素的影响
疏忽大意造成
四、试验误差及其控制途径
（三）试验误差的表示
绝对误差 观测值与真值之差 相对误差 绝对误差与真值之比 平均值±标准差
随机化是指在对试验材料分组时必须使用随机 的方法，使供试材料进入各试验组的机会是相 等，以避免试验材料分组时试验人员主观倾向 的影响。
这是在试验中排除非试验因素干扰的重要手段， 目的是为了获得无偏的误差估计量。
五 试验设计的基本原理
局部控制
局部控制是指在试验时采取一定的技术措施或方 法来控制或降低非试验因素对试验结果的影响。
生物学是一门实验性科学。
收集资料，确定课题
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物质条件，技术方法 仪器设备的精度要求
数据分析
制订方案，可行性分析
制订方案
实验技术
进行实验，得出结论
精心组织操作
试验方案设计合理
统计方法进行分析
客观 理想的结果
第九章
试验设计及其原理
试验设计(experimental design) 一、试验设计的意义 二、生物学试验的基本要求