实验设计DOE的基本原理

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实验设计DOE的基本原理

一、实验设计的概念、特点和分类

1、实验设计的概念

将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组,观察比较不同处理的效应,这种研究称为“实验研究”、“实验设计”是为实验研究做的周密计划。

2、实验研究的特点

(1)能有效地控制误差,节省人、财、物力,提高效率。

(2)研究者能人为地设置处理因素。

(3)受试对象接受何种处理及处理因素的水平是随机分配的。

3、实验研究的分类

(1)动物实验:在动物身上进行的实验研究。

(2)临床实验:在临床患病人群中进行的试验研究。

(3)社区干预实验:在某地区所有人群中进行的试验研究。

二、实验设计的基本要素

1、处理因素

又称研究因素,一般是外部施加的因素,确定处理因素时应注意:

(1)抓住实(试)验中的主要因素。

(2)确定和控制非处理因素。

(3)处理因素要标准化。

2、受试对象

即研究的对象,一般有人和动物两类。

人的选择:要注意病人和正常人的正确区分,诊断要明确,受试对象依从性要好等。

动物选择:注意所选动物的种类、品系、年龄、性别、窝别、体重等。

3、实验效应

即处理因素的效果,应注意:

(1)正确选用观察指标来反映实验效应。所选指标要灵敏、精确、客观,最好选用定量指标。

(2)指标观察时应避免偏性,可采用盲法。

三、实验设计的基本原则

1、对照原则:即实(试)验要设立对照,使得除实验因素外,对照组与实验组其余因素保持一致,常用的对照有:空白对照、安慰剂对照、标准对照、实验对照、自身对照和历史对照等。

2、重复原则:即研究对象要有一定的数量,或者说样本含量应足够。根据每个具体研究,可有不同的方法来进行样本含量估计。

3、随机化原则:即应保证每个实验对象都有同等机会进入实验或接受某种处理。常用方法有查随机数字表和随机排列表等。随机化是保证均衡性的重要手段。

4、均衡原则:即各处理组非实验因素的条件基本一致,以消除其影响。

四、常用的实验设计方法

1、完全随机设计

将实验对象随机分配至两个或多个处理组去进行实验观察,又称单因素设计、成组设计。

优点:操作简单、应用广泛。

缺点:效率低,只能分析单因素的效应。

资料处理方法:t,u检验,方差分析、秩和检验、卡方检验等。

2、配对(伍)设计

将受试对象配成对子或配伍组,以消除非实验因素的影响。配伍设计又称随机区组设计。配对有自身配对和不同个体配对,配伍实际上是配对的推广。

优点:所需样本数和效率均高于成组设计,而且很好地控制了混杂因素的作用。

缺点:配对条件不宜满足。

资料处理方法:配对t, u检验,秩和检验、配伍组方差分析、配对四格表卡方检验等。

3、其它实验设计方法:

(1)交叉设计:在配对设计基础上再加入时间因素,可分析不同阶段的效应。

(2)析因设计、拉丁方设计和正交设计等。

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