实验设计的基本原理

实验设计的基本原则

在实验设计中，应当严格遵守对照、随机、重复和均衡四个基本原则。

1、对照的原则

1）设立对照的意义

设立对照组的的意义在于使实验组和对照组内的非处理因素的基本一致，即均衡可比。对照的意义还可以用以下符号表达：

实验效应是与混在一起的，实验设计的主要任务是如何使能单独显示出来。设立对照，使实验中两组（或多组）的均衡，即。这样，实验组的效应就可以显示出来。

：处理因素；与：相同的非处理因素；：与之差；：实验效应，

与是与的影响结果；：与之差的效应。这样，通过对照就消除了非处理因素对实验效应的影响。

2）对照的基本形式

对照的形式有多种，可根据研究目的和内容加以选择，常用的有下列几种。

（1）空白对照对照组不施加任何处理因素。例如，观察某种疫苗预防肾综合征出血热的效果，选择人口数量和构成、发病水平、地理环境、主要宿主鼠类基本相似的两个疫区，一个作为试验区，在人群中接种疫苗，另一个作为对照区，不施加任何干预措施，处理因素完全空白。这种对

照只有在处理因素很强，非处理因素很弱的情况下才能使用。在临床试验中，一般不用空白对照。

（2）实验对照对照组不施加处理因素，但施加某种实验因素。如观察赖氨酸对儿童发育的影响，实验组儿童课间加食含赖氨酸的面包，对照组儿童课间加食不含赖氨酸的面包。处理因素是赖氨酸，非处理因素的面包量两组是相同的。

（3）标准对照不设立专门的对照组，而是用现有标准值或正常值做对照。在临床试验中常以某疗法为标准对照组，这种对照应注意标准组必须是代表当时水平的疗法，切不可用降低标准组的方法使实验效应提高。但实验研究一般不用标准对照，因为实验条件不一致，常常影响对比效果。

（4）自身对照对照与实验在同一受试者身上进行，如用药前后作为对比。一般情况下还要求设立平行对照组。

（5）相互对照这种对照不设立对照组，而是两个或几个试验组相互对照。例如用莫雷西嗪治疗冠心病、高血压、心肌病和失调症引起的室性早搏时，设立冠心病组、高血压组、心肌病组和失调症组四个治疗组，相互比较它们的疗效。

（6）配对对照把研究对象条件相同的两个配成一对，分别给以不同的处理因素，对比两者之间的不同效应。配对对照常用于动物实验，临床试验也可采用，但严格地说，很难找到相同或十分相似的对子。

（7）历史对照以本人过去的研究或他人研究结果与本次研究结果做对照。除了非处理因素影响较小的少数疾病外，一般不宜使用这种对照。用时要特别注意资料的可比性。

2、随机的原则

1）随机的意义

所谓随机，就是每一个受试对象都有同等的机会被分配到任何一个组中去，分组的结果不受人为因素的干扰和影响。实验设计中必须贯彻随机化原则，因为在实验过程中许多非处理因素在设计时研究者并不完全知道，必须采用随机化的办法抵消这些干扰因素的影响。

2）随机化的实施

实验设计中所指的总体不是泛指的无限总体，而是根据研究假设的要求规定的纳入标准，如动物的体重、年龄、病人的病情、经济条件、父母的文化程度等所选择的受试对象（即本次实验的有限总体），再把这些受试对象随机分入实验组和对照组中，以增强可比性，称为随机分配（randomized allocation）。随机化的实施就是如何进行随机分配。随机化的方法有多种，最简单的如抽签。但在实验设计中广泛应用随机数字表和随机排列表。

（1）随机数字表和随机排列表

随机数字表表内数字相互独立，全部数字无论从横行、纵行或斜向等各种顺序均呈随机状态。因此，使用时可从任何一个数字开始，按任意一个顺序录用。例如，拟将12只大鼠随机分入甲、乙两组，每组6名。应先把受试者按体重由小到大编号，然后从随机数字表任意一处查出12个随机数，遇到相同的随机数则去掉（如从“随机数字表“第35行第1列向右查）。并将随机数由小到大编秩（秩次R），令R为1～6者分入甲组，R为7～12者分入乙组。

动物编号123456789101112

随机数字 69 92 06 34 13 59 71 74 17322755

秩次R9 121628 10 113547

分组结果乙乙甲甲甲乙乙乙甲甲甲乙

随机排列表随机排列表比随机数字表更有实用性。它可以简便地将受试对象随机分配到实验所要求的各组中去，也可以对处理因素进行随机排列，但不适用于随机抽样研究。

本表共有n分别为10、20、30、40、50、100等不同自然数排列而成的六种随机排列表，本教材引用n为20的随机排列表。是每行或每列数字与顺序的等级相关系数，越小表示数字排列随机化程度越好。

例如，将10只小鼠随机分入甲、乙两组。先将小鼠按体重由小到大编号，然后任意取n为20随机排列表中的任意一行或一列随机数，遇到大于或等于10的随机数则舍去。本例取随机排列表中第6行，令单号分入甲组，双号分入乙组。

动物编号：12345678910

随机数字：2814309675

分组结果：乙乙甲乙甲乙甲乙甲甲

所以，第3、5、7、9、10只小鼠被分入甲组，第1、2、4、6、8只小鼠被分入乙组。

（2）几种常用随机分组方法

大样本完全随机分组适用于每组例数大于100时的情况。方法是每个受试者给一个3位数的随机数，规定随机数区间：

分两组（等概率）000～499500～999

分三组（等概率）000～332333～665666～998

分四组（等概率）000～249250～499500～749750～999

分五组（等概率）000～199200～399400～599600～799800～999

余类推，多余的随机数可忽略，如分三组时取000～998，分六组时取000～995之间的随机数。

在有些特殊情况下需进行不等概率分组时，可按比例调整随机区间。如按1:2分组，A组的随机数区间为000～333，B组为334～999；按1:3分组，A组为000～249，B

组为250～999。在临床试验中，不等概率分组的比例不能超过1:3。表13.1是1:2完全随机分组举例。

表13.1300例受试者1:2完全随机分组举例

受试者编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (300)

随机数849 140 539 006 860 347 323 387 563 678 253 (961)

处理 B A B A B B A B B B A … B

表13.2等概率随机分组例数分布的抽样试验

随机数区间

总例数

100 200 300 400 600 800 1000 1500 2000

000～

099

11 23 30 36 58 77 93 144 191 100～

199

6 1

7 29 3

8 54 68 90 137 180 200～

299

14 25 35 47 70 92 113 172 226 300～

399

9 20 30 42 59 87 106 157 216 400～

499

10 23 39 50 72 92 118 165 218 500～

599

12 23 34 43 69 90 112 146 193 600～

699

10 18 28 34 52 79 95 149 203 700～

799

9 17 28 39 62 79 99 147 189 800～

899

6 12 1

7 31 45 66 83 13

8 193 900～

999

13 22 30 40 59 70 91 145 191