生物统计学教案

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第九章 两因素及多因素方差分析

教学时间：5学时 教学方法：课堂板书讲授

教学目的：重点掌握固定模型、随机模型两因素方差分析的方法步骤,掌握混合模型

的方差分析，了解多因素的方差分析方法。。

讲授难点：固定模型、随机模型两因素方差分析的方法步骤

9.1 两因素方差分析中的一些基本概念 9.1.1 模型类型

交叉分组设计：A 因素的a 个水平和B 因素的b 个水平交叉配合，共构成ab 个组合，每一组合重复n 次，全部实验共有abn 次。

固定模型：A 、B 两因素均为固定因素。 随机模型：A 、B 两因素均为随机因素。

混合模型：A 、B 两因素中，一个是固定因素，一个是随机因素。 9.1.2 主效应和交互作用

主效应：由于因素水平的改变所造成的因素效应的改变。

A 1 A 2 A 1 A 2

B 1 18 24 B 1 18 28

B 2 38 44 B 2 30 22

先看左边的表。A 因素的主效应应为A 2水平的平均效应减A 1水平的平均效应，

B 的主效应类似。

当A 1B 1＋A 2B 2＝A 1B 2＋A 2B 1时，A 、B 间不存在交互作用。这里A 1B 1＋A 2B 2＝62，A 1B 2＋A 2B 1＝62，因此A 、B 间不存在交互作用。

交互作用：若一个因素在另一因素的不同水平上所产生的效应不同，则它们

20

2

241824438226

2361824424221211222121112212=+-+=+-+==+-+=+-+=B A B A B A B A B B A B A B A B A A

之间存在交互作用。

现在看右边的表。

A（在B1水平上）＝A2B1－A1B1＝28－18＝10

A（在B2水平上）＝A2B2－A1B2＝22－30＝－8

显然A的效应依B的水平不同而不同，故A、B间存在交互作用。交互作用的大小为

AB＝（A1B1＋A2B2）－（A1B2＋A2B1）

9.1.3 两因素交叉分组实验设计的一般格式

假设A因素有a水平，B因素有b水平，则每一次重复包含ab次实验，实验重复n次，总的实验次数为abn次。以x ilk表示A因素第i水平，B因素第j水平和第k次重复的观测值。一般格式见下表。

因素 B j=1,2,…,b

B1B2…B b总计A1x111x121x1b1

x112x122x1b2

x11n x12n x1b n x1. .

因

素A2x211x221x2b1

A x212x222x2b2

x21n x22n x2bn x2. .

A a x a11x a21x ab1

x a12x a22x ab2

x a1n x a2n x abn x a. .

总计 x .1. x .2. x .b . x . . .

上表中的各种符号说明如下：

⋅⋅i x A 因素第i 水平的所有观察值的和，其平均数为..i x

..j x B 因素第j 水平所有观察值的和， 其平均数为..j x .ij x A 因素第i 水平和B 因素的第j 水平和所有观察值的和，

其平均数为.ij x

...x 所有观察值的总和， 其平均数为 (x)

关于实验重复的正确理解：这里的“重复”是指重复实验，而不是重复观测。 9.2 固定模型 9.2.1 线性统计模型

对于固定模型，处理效应是各处理平均数距总平均数的离差，因此

交互作用的效应也是固定的

εijk 是相互独立且服从N (0 , σ2)的随机变量。

固定模型方差分析的零假设为：

abn

x x x x b

j a i n

x x x x a i b j n

k ijk

ij ij n

k ijk ij ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅===⋅⋅⋅⋅⋅=⋅=

=⎩⎨

⎧⋅⋅⋅=⋅⋅⋅==

=∑∑∑∑,,,2,1,,2,1,

,

111

1()⎪⎩

⎪

⎨⎧⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=++++=n k b j a i x ijk

ij j i ijk ,,2,1,,2,1,,2,1εαββαμ∑∑====b

j j

a

i i

1

1

,

0β

α

()

()

∑∑====a

i b

j ij

ij

1

1

,

0αβαβ==⋅⋅⋅==H a 0

:2101ααα

9.2.2 平方和与自由度的分解

与单因素方差分析的基本思想一样，把总平方和分解为构成总平方和各个分量平方和之和，将总自由度做相应的分解，由此得到各分量的均方。根据均方的数学期望，得出各个分量的检验统计量，从而确定各因素的显著性。

上述各项分别为A 因素、B 因素、AB 交互作用和误差平方和，即：

自由度可做相应的分解：

由此得出各因素的均方：

9.2.3 均方期望与统计量F 的确定

()

()()()()[]

()(

)

(

)()

∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑===⋅

==-=⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅===⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅===⋅

⋅⋅-++--+-+-=-++--+-+-=-a i b j n

k ij ijk

a

i b

j a i b

j j i ij j i a

i b

j n

k ij ijk j i ij j i a i b j n

k ijk

x x

x x x x n x x an x x bn x x x x x x x x x x x x

111

2

1

1

11

2

2

2

111

2

1112

()

()

()

()

∑∑∑∑∑∑∑===⋅

==⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅-=

+--=-=-=a i b

j n

k ij ijk

e a

i b

j j i ij AB b

j j B a

i i A x x

SS x x x x n SS x x an SS x x bn SS 111

2

11

2

12

12

()()

()

1111

1

1

-=--=-=-=-=n ab df b a df b df a df abn df e AB B A T ()()()

1,11,1,1-=

--=-=-=

n ab SS MS b a SS MS b SS MS a SS MS e e AB

AB B B A A ()()()()()()()2

11

22

1

22

1

2

2,111,

1σαβσβσασ=--+=-+=-+=∑∑∑∑====e a i b

j ij AB b

j j B a i i A MS E b a n

MS E b an MS E a bn MS E