数学建模统计模型

数学建模

论文题目：

一个医药公司的新药研究部门为了掌握一种新止痛剂的疗效，设计了一个药物试验，给患有同种疾病的病人使用这种新止痛剂的以下4个剂量中的某一个：2 g，5 g，7 g和10 g，并记录每个病人病痛明显减轻的时间（以分钟计）. 为了解新药的疗效与病人性别和血压有什么关系，试验过程中研究人员把病人按性别及血压的低、中、高三档平均分配来进行测试. 通过比较每个病人血压的历史数据，从低到高分成3组，分别记作，和. 实验结束后，公司的记录结果见下表（性别以0表示女，1表示男）.

请你为该公司建立一个数学模型，根据病人用药的剂量、性别和血压组别，预测出服药后病痛明显减轻的时间.

一、摘要

在农某医药公司为了掌握一种新止痛药的疗效，设计了一个药物实验，通过观测病人性别、血压和用药剂量与病痛时间的关系，预测服药后病痛明显减轻的时间。我们运用数学统计工具m i n i t a b软件，对用药剂量，性别和血压组别与病痛减轻

时间之间的数据进行深层次地处理并加以讨论概率值P （是否<）和拟合度R-S q的值是否更大（越大，说明模型越好）。

首先，假设用药剂量、性别和血压组别与病痛减轻时间之间具有线性关系，我们建立了模型Ⅰ。对模型Ⅰ用m i n i t a b

软件进行回归分析，结果偏差较大，说明不是单纯的线性关系，然后对不同性别分开讨论，增加血压和用药剂量的交叉项，我们在模型Ⅰ的基础上建立了模型Ⅱ，用m i n i t a b软件进行回归分析后，用药剂量对病痛减轻时间不显着，于是我们有引进了用药剂量的平方项，改进模型Ⅱ建立了模型Ⅲ，用m i n i t a b

软件进行回归分析后，结果合理。最终确定了女性病人服药后病痛减轻时间与用药剂量、性别和血压组别的关系模型：

Y=1x 3x

1x

3x

2

1

x

对模型Ⅱ和模型Ⅲ关于男性病人用m i n i t a b软件进行回归分析，结果偏差依然较大，于是改进模型Ⅲ建立了模型Ⅳ，用m i n i t a b软件进行回归分析后，结果合理。最终确定了男性病人服药后病痛减轻时间与用药剂量、性别和血压组别的关系模

型：Y=1x1x 3x

2

1

x关键词止痛剂药剂量性别病痛减轻时

间

二、问题的提出

一个医药公司的新药研究部门为了掌握一种新止痛剂的疗效，设计了一个药物实验，给患有同种病痛的病人使用这种新止痛剂的一下4个剂量中的某一个：2g，5g，7g和10g，并

记录每个病人病痛明显减轻的时间（以分钟计）。为了了解新药的疗效与病人性别和血压有什么关系，实验过程中研究人员把病人按性别及血压的低、中、高三档平均分配来进行测试。通过比较给个病人血压的历史数据，从低到高分成三组，分别记作，和.实验结束后，公司的记录结果附录1-1表（性别以0表示，1表示男）。

现在为公司建立一个模型，根据病人用药的剂量、性别和血组别，预测出服药后病痛明显减轻的时间。

三、问题的分析

假定每个患该种病的程度相差不大，即病情基本相同，根据现实，用药量与病痛减轻时间会有一定的关系，一般，药用量越高，病痛减轻时间变得越快；而更一般，男性身体素质相对于女性来说比较强壮，病痛减轻的时间也会跟性别有关系，正常而言，身体素质越好，病痛减轻时间越快；另一个，一个人的血压组别的高地也会影响到他的病痛减轻时间的快慢。对1-1表格中的数据进行相关分析如下：

相关分析:用药剂量（g）,血压组别，知用药剂量（g）和血压组别的P e a r s o n相关系数=P值=；由此，可以

看出用药剂量与血压组别没有关系，如图1-1所示

1-1图

相关分析:用药剂量（g）,性别，知用药剂量（g）和性别的P e a r s o n相关系数=P值=；由此可以看出用药剂量与性别相互独立。如1-2图所示

1-2图

根据所给数据可分别作出病痛减轻时间与用药剂血压组别的

散点图量，性别及如下： 图 图

图

四、模型假设与符号假设

假设病痛减轻时间只与用药剂量、性别和血压组别有关,不受其他因素的影响，由以上散点图（图图）可以作出如下模型假设 模型Ⅰ：

ε

ββββ++++=3322110x x x Y

符号说明

1、Y 为病痛减轻时间量，单位（m i n ）；

2、1x 表示用药剂量 单位（g ）；

3、2x 表示性别 ；

4、3x 表示血压组别；

5、 S 表示标准差；

6、 R -S q 表示线性拟合度。

五、模型的建立

下面用m i n i t a b 软件对分别对残差对用药剂量、残差对性别和残差对血压组别进行绘图，到出对应的图、图和图，并对这些图进行分析，分别可以看出残差对用药剂量是正常的、残差对性别是正常的、残差对血压组别正常的。 图 图 图

由~图分析，可以用药剂量和血压组别的乘积表示对病痛减轻时间的交互式影响，性别对病疼减轻时间有显着影响，因此可以对男性和女性分开讨论，得到如下模型：

模型Ⅱ εββββ++++=31433110x x x x Y

（1）对女性的进行分析如下：

回归分析:病痛减轻时间（m i n）与用药剂量（g）,血压组别,用药剂量及血压组别

回归方程为

病痛减轻时间（m i n）=+用药剂量（g）+血压组别-用药剂量及血压组别交叉项

即Y=+1x+3x

1x

3x

自变量系数

系数标准误 T P

常量

用药剂量（g）

血压组别

用药剂量及血压组别

S = R-Sq = % R-Sq（调整） = %

方差分析

来源自由度 SS MS F P 回归 3

残差误差 8

合计 11

来源自由度 Seq SS

用药剂量（g） 1

血压组别 1

用药剂量及血压组别 1

异常观测值