统计学课件方差分析与实验设计

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实验设计及数据分析-方差分析

实验设计及数据分析-方差分析

实验设计及数据分析-方差分析实验设计及数据分析方差分析一、方差分析的基本原理方差分析的核心思想是将观测值的总变异分解为不同来源的变异,然后通过比较不同来源变异的大小来判断因素对观测结果的影响是否显著。

总变异可以分解为组间变异和组内变异。

组间变异反映了不同组之间的差异,组内变异则反映了组内个体之间的随机误差。

如果组间变异显著大于组内变异,就说明不同组之间的均值存在显著差异,即所研究的因素对观测结果有显著影响。

二、实验设计要点1、确定研究因素和水平首先要明确研究的因素,以及每个因素的不同水平。

例如,研究不同肥料对作物产量的影响,肥料种类就是因素,不同的肥料品牌或配方就是水平。

2、选择合适的实验对象实验对象应具有代表性和随机性,以减少偏差。

3、控制无关变量在实验过程中,要尽量控制其他可能影响结果的无关变量,以确保结果的准确性。

4、确定样本量样本量的大小会影响统计检验的效力,一般来说,样本量越大,结果越可靠,但也要考虑实际操作的可行性和成本。

5、随机分组将实验对象随机分配到不同的组中,以保证各组之间的初始条件相似。

三、方差分析的类型1、单因素方差分析只考虑一个因素对观测结果的影响。

2、双因素方差分析同时考虑两个因素对观测结果的交互作用。

3、多因素方差分析涉及两个以上因素的情况。

四、数据分析步骤1、提出假设零假设(H0):不同组之间的均值没有显著差异。

备择假设(H1):不同组之间的均值存在显著差异。

2、计算统计量根据实验数据,计算出组间平方和、组内平方和、总平方和等,进而得到 F 统计量。

3、确定显著性水平通常选择 005 或 001 作为显著性水平。

4、查找临界值根据自由度和显著性水平,在 F 分布表中查找临界值。

5、做出决策如果计算得到的 F 统计量大于临界值,拒绝零假设,认为不同组之间的均值存在显著差异;否则,接受零假设。

五、结果解读1、查看 ANOVA 表ANOVA 表中会给出各项变异的来源、自由度、平方和、均方和 F 值等信息。

第8章方差分析与试验设计

第8章方差分析与试验设计

MSE SSE nk
前例计M 算 S 结 2 E7果 0 184 .: 5226316 2 34
7 - 36
统计学
STATISTICS
至少有一个总体的均值是不同的 四个样本分别来自均值不同的四个正态总体
f(X)
7 - 20
X
m3 m1 m2 m4
统计学
STATISTICS
问题的一般提法
统计学
STATISTICS
问题的一般提法
1.设因素有k个水平,每个水平的均值分别用m1 , m2, , mk 表示 2.要检验k个水平(总体)的均值是否相等,需要提出如下
如果原假设成立,即H0 : m1 = m2 = m3 = m4
四个行业被投诉次数的均值都相等
意味着每个样本都来自均值为m、方差为 2的同一
正态总体
f(X)
7 - 19
X
m1 m2 m3 m4
统计学
STATISTICS
方差分析中基本假定
若备择假设成立,即H1 : mi (i=1,2,3,4)不全相等
7 - 34
统计学
STATISTICS
构造检验的统计量
(计算均方MS)
1.各误差平方和的大小与观察值的多少有关,为 消除观察值多少对误差平方和大小的影响,需要
将其平均,这就是均方,也称为方差
2.计算方法是用误差平方和除以相应的自由度
3.三个平方和对应的自由度分别是
SST 的自由度为n-1,其中n为全部观察值的个数 SSA的自由度为k-1,其中k为因素水平(总体)的
7 - 22
统计学
STATISTICS
7.2 单因素方差分析
一、数据结构 二、分析步骤

统计学课件--方差分析与实验设计2

统计学课件--方差分析与实验设计2

For = .05, F.05 (2, 8) = 4.46

Test Statistic Conclusion
F = MSTR/MSE = 2.6/.68 = 3.82
Байду номын сангаас
p-value Approach : The p-value (.07) is larger than .05 where F = 4.46 Critical Value Approach : The test statistic (3.82) is smaller than F.05 = 4.46. Therefore, we cannot reject H0. There is insufficient evidence to conclude that miles per gallon13 ratings differ for the three gasoline blends.

Formula for this partitioning SST = SSTR + SSBL + SSE


Total d.f., nT - 1, are partitioned such that k - 1 d.f. go to treatments, b - 1 go to blocks, and (k - 1)(b - 1) go to the error term. nT (total number) = k (number of treatments) × b (number of blocks)
SST nT = kb
nT - 1
7
Case 3: Crescent Oil Co.

Randomized Block Design

方差分析与实验设计

方差分析与实验设计

方差分析与实验设计方差分析(Analysis of Variance,简称ANOVA)是一种统计方法,用于比较两个或多个样本均值之间的差异是否显著。

它是实验设计中常用的一种方法,可以帮助研究者确定实验结果是否受到不同因素的影响,并进一步分析这些因素对实验结果的贡献程度。

实验设计是科学研究中的重要环节,它涉及到如何选择实验对象、确定实验因素、设计实验方案等问题。

合理的实验设计可以提高实验的可靠性和有效性,减少误差的影响,从而得到更准确的结论。

一、方差分析的基本原理方差分析的基本原理是通过比较组间变异与组内变异的大小来判断不同因素对实验结果的影响是否显著。

组间变异是指不同组之间的差异,组内变异是指同一组内部的差异。

如果组间变异显著大于组内变异,说明不同组之间的差异是由于实验因素的影响,而不是由于随机误差的影响。

二、方差分析的步骤方差分析的步骤主要包括:确定实验因素、选择实验对象、设计实验方案、收集数据、计算方差、进行假设检验和结果解释等。

1. 确定实验因素:首先需要明确研究的目的和问题,确定需要研究的实验因素。

实验因素是指可能对实验结果产生影响的变量,比如不同处理、不同时间、不同地点等。

2. 选择实验对象:根据实验因素的不同水平,选择适当的实验对象。

实验对象应该具有代表性,能够反映出实验因素对实验结果的影响。

3. 设计实验方案:根据实验因素的不同水平,设计实验方案。

常用的实验设计方法有完全随机设计、随机区组设计、因子设计等。

4. 收集数据:按照实验方案进行实验,收集实验数据。

数据的收集应该准确、全面、可靠。

5. 计算方差:根据收集到的数据,计算组间变异和组内变异的大小。

常用的方差计算方法有单因素方差分析、双因素方差分析等。

6. 进行假设检验:根据计算得到的方差值,进行假设检验。

常用的假设检验方法有F检验、t检验等。

7. 结果解释:根据假设检验的结果,解释实验结果。

如果差异显著,则说明实验因素对实验结果有显著影响;如果差异不显著,则说明实验因素对实验结果没有显著影响。

2019第九章 方差分析与实验设计.ppt

2019第九章  方差分析与实验设计.ppt

例10.2。根据表9-6种输出结果,对四个行业均值多重 比较(a=0.05)
解: 第1步,提出如下假设:
检验1:
H 0 : m1 m2 , H1 : m1 m2 .
检验2: H 0 : m1 m3 , H1 : m1 m3 . 检验3: H 0 : m1 m4 , H1 : m1 m4 . 检验4: H 0 : m2 m3 , H1 : m2 m3 . 检验5: H 0 : m2 m4 , H1 : m2 m4 . 检验6: H 0 : m3 m4 , H1 : m3 m4 .
– 至少有一个总体的均值是不同的 – 四个样本分别来自均值不同的四个正态总体
f(X)
m3 m1 m2 m4
X
四、问题的一般提法
1. 2.
3.
设因素有 k个水平,每个水平的均值分别用 m1、 m2、 、mk 表示 要检验k个水平(总体)的均值是否相等,需要提出如 下假设: H0: m1 m2 … mk H1: m1 , m2 , ,mk 不全相等 设 m 1 为零售业被投诉次数的均值, m 2 为旅游业被投 诉次数的均值, m 3 为航空公司被投诉次数的均值, m4为家电制造业被投诉次数的均值,提出的假设为 H0: m1 m2 m3 m4 H1: m1 , m2 , m3 , m4 不全相等
无重复双因素方差分析(two-factor without replication) , 无交互作用(interaction)的双因素方差分析: 两个因素相互独立,如本例中的“地区”和“品 牌” 可重复双因素方差分析(two-factor
witht replication) ,
两个因素之间相互作用可对数值变量产生影响。

统计学方差分析ppt课件

统计学方差分析ppt课件

水平
水平指因素的具体表现,如销售的 四种方式就是因素的不同取值等级。有 时水平是人为划分的,比如质量被评定 为好、中、差。
单元
单元指因素水平之间的组合。如销 售方式一下有五种不同的销售业绩,就 是五个单元。方差分析要求的方差齐就 是指的各个单元间的方差齐性。
元素
元素指用于测量因变量的最小单 位。一个单元里可以只有一个元素, 也可以有多个元素。
均衡
如果一个试验设计中任一因素各水 平在所有单元格中出现的次数相同,且 每个单元格内的元素数相同,则称该试 验是为均衡,否则,就被称为不均衡。 不均衡试验中获得的数据在分析时较为 复杂。
交互作用
如果一个因素的效应大小在另一 个因素不同水平下明显不同,则称为 两因素间存在交互作用。当存在交互 作用时,单纯研究某个因素的作用是 没有意义的,必须分另一个因素的不 同水平研究该因素的作用大小。如果 所有单元格内都至多只有一个元素, 则交互作用无法测出。
地点一 地点二 地点三 地点四 地点五
方式一
77
86
81
88
83
方式二
95
92
78
96
89
方式三
71
76
68
81
74
方式四
80
84
79
70
82
【解】设这四种方式的销售量的均值分别用 1•, 2•, 3•, 4• 表示,四 个销售地点的平均销售量用 •1, •2, •3, •4 表示;则要检验的假设为
例题
Excel操作
构造F统计量
判断与结论
例题
Excel操作
方差分析概述
因素和水平
单元和元素
均衡
交互作用

统计学第7章 方差分析与试验设计(2)

统计学第7章 方差分析与试验设计(2)

F分布与拒绝域
拒绝H0 不能拒绝H0 0
a
F
Fa(n1 , n2)
7 - 13
n1 , n2分别为第一、二自由度
统计学
STATISTICS
第三步:统计决策
将统计量的值F与给定的显著性水平 a 的临界值Fa
若FR>Fa ,则拒绝原假设H0 ,表明均值之间的差异
是显著的,即所检验的行因素对观察值有显著影响。
统计学
STATISTICS
计算检验统计量 (F)
检验行因素的统计量: MSR FR ~ F k 1, (k 1)( r 1) MSE 检验列因素的统计量; MSC FC ~ F r 1, (k 1)( r 1) MSE
7 - 12
统计学
STATISTICS
统计学
STATISTICS
7.4 双因素方差分析
一、双因素方差分析及其类型 二、无交互作用的双因素方差分析 三、有交互作用的双因素方差分析
统计学
STATISTICS
一、双因素方差分析及其类型
统计学
STATISTICS
双因素方差分析
1. 2.
分析两个因素(行因素Row和列因素Column)对试验结果的 影响。 如果两个因素对试验结果的影响是相互独立的,分别判断 行因素和列因素对试验数据的影响,这时的双因素方差分 析称为无交互作用的双因素方差分析或无重复双因素方差 分析。 如果除了两个因素对试验数据的单独影响外,两个因素的 搭配还会对结果产生一种新的影响,这时的双因素方差分 析称为有交互作用的双因素方差分析或可重复双因素方差 分析 。
j 1
k r
r
4. 交互作用平方和: SSRC m ( xij xi. x. j x ) 2

方差分析课件-PPT

方差分析课件-PPT
、 、 、 增重表就是选用S-N-K法作均数多重两两比较得结果
增重表就是选用S-N-K法作均数多重两两比较得结果:
本例按a=0、05水准,将无显著性差异得数归为一类 (Subset for alpha=0、05)。可见
品种5、2、3得样本均数位于同一个子集( Subset )内,说 明品种5、品种2、品种3得样本均数两两之间无显著差异; 品种3、4、1位于同一个Subset内,她们之间无显著差异;而 品种5、2与品种4、1得样本均数有显著差异。
即三组均数间差异极显著,即不同时期切痂对大鼠肝脏 ATP含量有影响。
LSD法多重比较:
“*”显著性标注 两组均数得差
•S-N-K法:本例按0、5水平,将无显著差异得均数归为一类。
•第一组与第三组为一类,无显著差异,它们与第二组之间均数差 异显著。
•LSD与S-N-K法,不同得两两比较法会有不同。
如欲了解就是否达到极显著差异,需要将显著水平框中得 值输入0、01。
例、 为了研究烫伤后不同时间切痂对大鼠肝脏 ATP得影响,现将30只雄性大鼠随机分成3组,每组 10只:A组为烫伤对照组,B组为烫伤后24小时切痂 组,C组为烫伤后96小时切痂组。全部大鼠在烫伤 168小时候处死并测量器肝脏ATP含量,结果如下。 问试验3组大鼠肝脏ATP总数均数就是否相同。
该12个观察值得总得均值为91、5,标准差为34、 48。
上图为品系、剂量间均值得方差分析(F检验)结果
由表中可知,品系得F=23、771,P=0、001<0、01,差异极显著;
剂量得F=33、537,P=0、001<0、01,差异极显著。说明不同品系与 不同雌激素剂量对大鼠子宫得发育均有极显著影响,故有必要进一步对 品系、雌激素剂量两因素不同水平得均值进行多重比较。

第七章 方差分析 《试验设计与统计分析》PPT课件

第七章  方差分析  《试验设计与统计分析》PPT课件
• ④推断:
否定 H0
:
2 t
2,接
e
受H
A
:
2 t
2 e
;
• 即品种间变异在0.01水平上显著大于品种内
(即误差)变异,说明不同品种的单株鲜重在
0.01水平上有显著差异(P=2.05×10-)5。
• 在统计分析过程中,一般将自由度和平方 和分解及F检验结果,归纳整理成方差分析 表,并在F值右上角用“*”、“**”分别 标注=0.05和=0.01的显著性,如表7.3所示。
表7.3 不同饲草品种单株鲜重的方差分析表
变异来源 DF SS
MS
显著标准
P
F
F0.05(4,10) F0.01(4,10)
品种间
4 116010.3 29002.57 28.06** 3.48
品种内(误差) 10 10335.3 1033.53
总的
14 126345.6
5.99 2.05×10-5
|
t (dfe
)
亦即t t (dfe )
• 所以, FPLSD法实质上仍是t检验。
• 其中t,为显著水平为时,误差项自由度dfe 下的t临界值。
• 在t检验中,
• s x1 x2 为平均数差数的标准误,且
• 当n1=n2=n时,
s x1 x2
2se2 ; n
S 2 SS1 SS2 e df1 df2
第七章 方差分析
第一节 方差分析的意义
• 3个以上平均数间的差异进行显著性检验, 若仍采用t检验法两两检验,将存在以下三 方面的缺陷:
• 其一,检验过程非常烦琐。 • 其二,不能充分利用试验资料的全部信息,
精度不高。
• 其三,随着k的增大,犯第一类错误的概率 也将增加。

统计学课件之方差分析

统计学课件之方差分析

2.9850 2.9320
-1.8100 -1.8960
平均
2.0320 3.8850 2.9585 -1.8530
a1-a2
0.0960 0.0100 0.0530
单独效应 其他因素固定时,同一因素不同水平的差异 主效应 某一因素各水平的平均差别 交互效应 某因素的各单独效应随另一因素改变而变化
完全随机设计方案与随机区组设计方案的比较
方差齐性检验(Bartlett法,求一个卡方值)
方差不齐的处理——非参数检验
在设计阶段未预先考虑或预料到,经假设检验得 出多个总体均数不全相等的提示后,才决定的多 个均数的两两事后比较,多用于探索性研究 方法有:SNK-q test、Bonfferoni-t test等
xi
0.5542 0.4167 0.3438 0.1646 0.3698 ( x )
xi2 3.9350 2.3925 1.7006 0.5906 8.6187 ( x2 )
随机区组设计
方案 配伍组设计,为配对设计的扩展(1:m) 首先将受试对象按可能影响试验结果的属性
相同或相近分组(非随机),如按性别、体重、 年龄、职业、病情等。共形成b个区组,再分别将 各区组内的试验单位随机分配到各处理组。
试问:三组ATP总体均数是否存在差别? 若三组间存在差别,则推论B组和C组的处理对ATP
的影响。
表1 大鼠烫伤后ATP的测量结果(mg)
A组
B组
C组
xij
7.76
11.14
10.85
7.71
11.60
8.58
8.43
11.42
7.19
8.47
13.85
9.36
10.30
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• Multiple Comparison Randomized Block Design Factorial Experiment
15
Illustration:
Factorial Experiment
16
Illustration:
Factorial Experiment
17
Motivation:
1
Motivation:
Randomized Block Design

F = MSTR/MSE
= (SSTR/(k-1))/(SSE/nT – k) ~ F(k – 1, nT - k)
Differences due to extraneous factors (such as heterogeneous experiment units) cause MSE to be large, and F test will make a Type Ⅱ error.
数据间的差异可能不只受到一个因子的影响。
In this design, one needs to control some of these extraneous sources of variation by removing such variation from the MSE term.
new blends of gasoline and must decide which blend or blends to produce and distribute. A study of the miles per gallon ratings of the three blends is being conducted to determine if the mean ratings are the same for the three blends.
Test Statistic F = MSTR/MSE = 2.6/.68 = 3.82 Conclusion
p-value Approach : The p-value (.07) is larger than .05 where F = 4.46
Critical Value Approach : The test statistic (3.82) is smaller than F.05 = 4.46.
法效果大,以某牌子的巧克力做一实验,共有4种处理:
• A:在进口处摆设该巧克力的广告牌 • B:按原价减价 5% • C:送增券 • D:油印广告,放在进口处由购买者自取
该公司决定以三个区域的超市作为实验单位,实验期 为四个星期。至于何种促销方法在某区域何超市采 用,则由随机抽样方法决定。
应考虑销售区域在消费倾向方面的差异。
• Factors of gasoline blends and automobiles explain 91 percentof the
total variation in miles per gallon.
14
Outline
Introduction to Experimental Design ANOVA & Completely Randomized Design
3
Data Structure:
Randomized Block Design
1
Blocks (i)
2
Row Factors

b
Treatment mean x j
Treatments (j) Column Factors
1
2

k
x11
x12

x1k
x21
x22

x2k




xb1
xb2

xbk
Formula for this partitioning
SST = SSTR + SSBL + SSE
• Total d.f., nT - 1, are partitioned such that k - 1 d.f. go to treatments, b - 1 go to blocks, and (k - 1)(b - 1) go to the error term.
x1
x 2

x k
Block mean
xi x1 x2
xb x
4
ANOVA Procedure:
Randomized Block Design
ANOVA procedure
• to partition sum of squares total (SST) into three groups: sum of squares due to treatments (SSTR), sum of squares due to blocks (SSBL) 区组平方和, and sum of squares due to error (SSE).
8
Case 3: Crescent Oil Co.
Randomized Block Design Five automobiles have been
tested using each of the three gasoline blends and the miles per gallon ratings are shown on the next slide.
Factor . . . Gasoline blend Treatments . . . Blend X, Blend Y, Blend Z Blocks . . . Automobiles Response variable . . . Miles per gallon
9
Case 3: Crescent Oil Co.
Outline
Introduction to Experimental Design ANOVA & Completely Randomized Design
• Multiple Comparison Randomized Block Design Factorial Experiment
i1 j1
Sum of squares due to treatments
处理平方和
k
SSTR b (x.j x )2 j1
Sum of squares due to blocks
区组平方和
b
SSBL k (xi. x)2 i1
Sum of squares due to error
Therefore, we cannot reject H0. There is insufficient evidence to conclude that miles per gallon13 ratings differ for the three gasoline blends.
How Strong is the Relationship?
Blocking: to form homogeneous groups from heterogeneous experiment units.
2
Illustration:
Randomized Block Design
两个因子:促销方法 / 地区消费倾向 某经营超级市场的集团公司,欲了解何种销售促销方
Factorial Experiment
In some experiments we want to draw conclusions about more than one categorical variable or factor.
Factorial experiment and it corresponding ANOVA computations are valuable designs in this case.
SST = [(30 - 29)2 + . . . + (26 - 29)2] = 62
SSE = 62 - 5.2 - 51.33 = 5.47
MSE = 5.47/[(3 - 1)(5 - 1)] = .68
11
Case 3: Crescent Oil Co.
Randomized Block Design ANOVA Table
误差平方和
SSE SST SSTR SSBL
6
ANOVA Table:
Randomized Block Design
Source of Sum of Degrees of Variation Squares Freedom
Mean Square
pF Value
Treatments SSTR
Randomized Block Design Rejection Rule
p-Value Approach: Reject H0 if p-value < .05
Critical Value Approach: Reject H0 if F > 4.46
For = .05, F.05 (2, 8) = 4.46
4
33
31
29
31.000
5
26
25
26
25.667
Treatment Means
29.8
b=5
28.8
28.4 29.000
10
Case 3: Crescent Oil Co.
Randomized Block Design Mean Square Due to Treatments
The overall sample mean is 29. Thus, SSTR = 5[(29.8 - 29)2 + (28.8 - 29)2 + (28.4 - 29)2] = 5.2
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