第12章 试验设计

第二节 完全随机设计
定义：根据试验处理数将试验动物随机地分成 若干组，然后每组实施不同处理。 处理数(组)数=水平数 各处理组间样本是独立的 适用条件: 动物个体间差异较小时选用.
随机化方法：
抽签法或随机数表法。
随机数表
组成： Ⅰ Ⅱ 每页有50行、25列，由0—9数字组成。 位置： 页、行、列、方向。
单位组间平方和
SSB=∑x 2.j/a- C =(11522+10472+…+12232)/5 -1099336.05=5530.15 误差平方和
SSe=SST-SSA-SSB=35890.95
-27267.2-5530.15=3093.6
总自由度
dfT=ab-1=5×4-1=19 dfA=a-1=5-1=4


t检验(非配对设计) 平均数-----t值------概率(0.126) F检验(单因素试验方差分析) 方差-----F值------概率(0.126)
3
三种药物采用随机单位组试验的饲养生长猪 效果如下: 单位：kg
药物 A Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 43 50 47 30 (单位组）
B C
50 51
第十二章 试验设计
第一节：试验设计概述
第一节: 试验设计概述
1 试验设计定义、目的

研究如何安排试验并对试验结果作统计分 析的方法。

目的是避免系统误差，降低随机误差，估 计处理效应，以较少人力、物力和时间获 取可靠的数据,以通过样本估计总体。
2 试验设计与生物统计关系

生物统计知识是试验设计理论基础；
样本
总体
例:论文结构


前言(试验目的、意义、存在待解决问题) 材料与方法(试验设计、指标、统计方法) 讨论 (解释结果) 结论 （与目的相一致）
3.1 试验设计主要内容

选题:实用性 先进性 创新性和可行性； 明确目的:解决什么问题、对生产有何意义等； 查阅相关资料； 拟定试验方案； 设置对照组（设置对照组目的、方法、形式）
处理间自由度
单位组间自由度 dfB=b-1=4-1=3 误差自由度 dfe=dfT-dfA-dfB =(a-1)(b-1)
wenku.baidu.com
=（5-1）(4-1)=12
2、列出方差分析表，进行F检验
二法
A因素(行）平方和与自由度计算 SST=S2*dfT= SS行e=SS1+SS2+SS3+SS4+SS5= SSA=SST-SS行e= dfT=kn-1=5*4-1=19 df行e=df1+df2+df3+df4+df5=3+3+3+3+3=15 dfA=k-1=5-1=4
异对试验结果的影响，达到局部控制的目的 。
随机单位组设计定义
将试验动物构成单位组，再将单位组内动
物随机分配到各处理组的试验设计方法。
每一单位组内的动物数=处理数；
单位组数=重复数。
（一）随机单位组设计的分组方法
【例12.3】 5种中草药饲料添加剂分别以A1、A2、 A3、A4、A5表示，供试4窝仔猪分别按体重依次 编号为：1-5号为第Ⅰ组，6-10号为第Ⅱ组，1115号为第Ⅲ组，16-20为第Ⅳ组。试按随机单位 组设计将试验仔猪分组。
仔猪编号 读取随机数
Ⅰ单位组 1 2 3
15 50
4
5 -
75 25
除
数
5 5
4 2
3 3
A4
2 1
A1 A3
余 数
处理数
A5 A2
其余单位组按同样方法分组.
二、试验结果的统计分析 （一）随机单位组试验结果的统计分析 采用方差分析法。分析时将单位组也看成一个 因素，连同试验因素一起，按两因素无重复观 测值的方差分析法进行。
练习
1、试验的各处理组为什么要设置重复？
2、动物试验为什么要设置对照组， 对照的形式有哪些？




试验设计目的是什么？ 什么是试验方案？ 如何拟定试验方案？ 动物试验为什么要设置预试期？ 试验基本要求是什么？ 试验设计要遵守基本原则是什么？
常用试验设计方法





完全随机设计（非配对设计）； 随机单位组设计（配对设计）； 拉丁方设计； 正交设计（优选法）； 调查设计。


t检验(配对设计) 平均数-----t值------概率(0.2) F检验(双因素无重复观察值试验方差分析) 方差-----F值------概率(0.2)
3
7 采用完全随机试验比较二种药物对生长猪 增重效果如下:
药物 A 观测值 23 20 单位：kg 17 20
B
30
20
26
22
试求： t值及其概率； F值及其概率。
5 如何提高试验成功率
避免系统误差 预试期 、 设备 、 认真等主观因素. 降低随机误差. 分组 、试验设计方法、重复数等客观因素.

动物试验注意要点

遵守唯一差异原则； 设置对照组； 设置预试期。
例1：鱼卵体外不同保存时间孵化效果试验
将4000枚鱼卵随机分为四组，分别置于培养液中 按0、3、6、9h进行室温保存，然后转入相应池 孵化24、21 、18 、15h，使保存和成熟时间之和 均为24h, 以比较不同体外保存时间的卵子孵化效 果，试验重复10批次 。
也不必作多重比较。
三、随机单位组设计的优缺点
特点
精确性高，但灵活性较差。
适用条件
动物个体间差异较大时选用。
如:配对设计，两因素无重复试验等。
练习：
1、
P269 第13题。
2、为什么随机单位组设计的试验误差较完 全随机设计的小？ 3 随机单位组设计与完全随机设计有何异同？
定义比较
完全随机 动物-----随机分组-----试验处理实施 随机单位组 动物----单位组---随机分组---试验处理实施
与试验设计相关名词



试验因素 因素水平 重复数 试验指标 试验处理
拟定试验方案


试验方案是试验处理总称; 包括: 试验因素选择-----各因素水平确定---重复数----试验指标---试验设计方法和结果 统计方法等； 反复讨论、优化试验方案(高效 、最优).
试验处理是试验研究对象，也是试验工作 核心，各处理需按唯一差异原则进行检查 和修改。
结果统计分析总结


完全随机设计: 单因素试验方差分析; 非配对设计 随机单位组设计 双因素无重复观察值试验方差分析; 配对设计
6、测定14和20d仔猪猪瘟抗体结果如下： 编号： 1 2 3 4 5 6 7 8 14d 0.55 0.52 0.42 0.48 0.63 0.61 0.55 0.47 20d 0.43 0.46 0.32 0.46 0.55 0.50 0.58 0.38 试求： t值及其概率； F值及其概率。

局部控制(试验条件的一致性)
唯一差异原则
特点及适用条件比较
完全随机设计的优缺点 随机单位组设计的优缺点 特点: 特点: 精确性高 简单灵活和常用 但灵活性较差 但试验误差较大. 适用条件: 适用条件: 动物个体间差异较 动物个体间差异较大 小时选用 时选用 如:非配对设计,单因素 如:配对设计，两因素 试验等 无重复试验等
动物试验为什么要设预试期？



做好准备工作； 让动物适应新环境； 熟悉操作方法和程序。 预试期时间: 7—10天
3 试验过程
试验过程： 试验设计-----实施试验------总结分析 撰写论文过程： 采集数据------- 统计分析------推断结论
(试验设计、实施) (显著性检验) (结论)
B（列）单位组平方和与自由度计算
B(列）单位组平方和与自由度计算
SS列e=SS1+SS2+SS3+SS4= SSB=SST-SS列e=
dfB=n-1=4-1=3
因为 FA> F0.01(4,12) , FB> F0.01(3,12),表明饲料添
加剂对仔猪增重影响极显著。
单位组为非试验因素，即使差异（极）显著，
B（列）单位组平方和与自由度计算
B(列）单位组平方和与自由度计算
SS列e=SS1+SS2+、、、+SS4=535.3 SSB=SST-SS列e=648.7
dfB=k-1=3
（2）列方差分析表
变异原因 因素变异 单位组 误差 总变异 平方和 362 648.7 173.3 1184

例:

抗生素对牛血色素影响(二)
选择10头牛，分别测定注射抗生素前\后对牛 体内血色素影响。 试验指标为牛体内血色素含量，采用平均数 （Mean）±标准误（SEM）表示.

试验应设置对照组



设对照组原因:突出处理效应； 设对照组方法:差别仅在于某一处理，其它 条件应完全一致(遵守唯一差异原则)； 设对照组方式:空白对照、标准对照、自身 对照和相互对照。
70 65
46
42
54 52
试分析各药物对猪生长效果有无显著影响。
解: (二法)
A因素(行）平方和与自由度计算 SST=S2*dfT=1184 SS行e=SS1+SS2+SS3=822 SSA=SST-SS行e=362 dfT=dfe+dft=11 df行e=df1+df2+df3=9 dfA=k-1=2
单因素试验方案
因素
水平(处理) A1
观察值(试验指标,重复数, 统计分析方法等) X11 X12 ------ X1n X21 X22 ------ X2n
A
A2
A3
X31 X32 ------ X3n
例:

抗生素对牛血色素影响(一)
选择20头牛随机分为2组(10头/组)，分别按注 射抗生素、不注射抗生素处理，以探讨抗生素 （单因素设二水平）对牛体内血色素影响。 试验指标为牛体内血色素含量，采用平均数 （Mean）±标准误（SEM）表示.
3.3 总结分析的主要工作



整理采集的试验数据； 对数据进行统计分析； 结合专业知识解释试验结果； 推断出结论(与试验目的一致)； 撰写论文。
试验设计-----实施试验--------总结分析 (脑力) (体力) (脑力)
4 试验设计遵守原则



重复（降低试验误差、估计试验误差）； 随机化 局部控制----唯一差异原则,保持试验条件的 一致性。
试验设计是生物统计在生产实际中具体应 用，并可丰富生物统计知识；

二者结合是安排、分析、解释试验的工具， 也是理论与实践相结合的桥梁，综合应用 专业知识能力的体现。
试验类型


按时间分: 预备试验(预试期)、正式试验。 按因素分:单因素试验、双因素试验、多 因素试验。 按途径分: 科学试验、 调查研究。
该设计没有遵守唯一差异原则，因为卵子体 外保存时间各组不同，卵子孵化时间也不 同，故试验结果差异难以分析是何原因导 致。 应改为各组的孵化时间均相同。
例题2
某试验为研究药物空气灭菌效果,设二处理 A : 空白对照； B: 助燃材料+药物。 试分析该试验设计是否合理，为什么？
例题2
试验应改为： A :助燃材料； B:助燃材料+药物。
3.2 实施试验主要工作

按试验设计内容实施试验； 记录试验数据，且真实、可靠、合理； 记录意外发生的事情。
动物试验的基本要求
1、试验要有代表性
动物试验的代表性包括生物学和环境条件两个方面的 代表性。
2、试验要有正确性
试验的正确性包括试验的准确性和试验的精确性。
3、试验要有重演性
重演性是指在相同条件下，重复进行同一试验，能 够获得与原试验相类似的结果。

随机化分组

2个处理随机化分组
3个或3个以上随机化分组

练习： 试将12头小猪随机分为2组，每组6头进行 试验。
二、试验结果的统计分析 对于完全随机试验的统计分析，由于试验 处理数不同，统计分析方法也不同。 （一）处理数为2 两个处理的完全随机设 计也就是非配对设计，对其试验结果采用非配 对设计的t检验法进行统计分析。
（二）处理数≥3 析。
采用单因素试验的方差分
三、完全随机设计的优缺点
特点:简单 灵活和常用,但试验误差较大.
如:非配对设计,单因素试验等
第三节 随机单位组设计
单位（区）组：指条件相同动物构成组群。
也称区组或窝组。如将同窝、同性别、体重
基本相同的动物组成一个单位组 。
组成单位组目的：可消除试验动物个体间差
对于【例12.3】，通过按表12-3试验动物分组结果 进行试验后，各号仔猪增重结果列于表12-3。
1、计算各项平方和与自由度 矫正数 C=x2../ab=46892/5×4=1099336.05 总平方和 SST=∑x2ij-C=（2052+1682+…+2822） - 1099336.05=35890.95 处理间平方和 SSA=∑x 2i./b- C =(8252+9252+…+11372)/4 -1099336.05=27267.2