第一章 试验设计与数据分析-概述

论文工作中反映的问题： 1) 只求平均数 2) 试验做1－2次就算。 原因：与工程试验的性质及理解有关 例：电量、非电量电测技术的应用：
模拟量的测试（传感器） 信号放大 模数转换(A/D)
计算机数据处理
仪器是很准确的
被测对象是随机变量！
论文工作中反映的问题：
3）试验设计应逐步深化，通常一种错误的做法，是在一 开始就去设计一个单一、庞大和内容广泛的实验， 一个 成功的实验是要先弄清楚重要变量和变量的范围； 4） 专业知识的作用 试验统计方法不能决定一个变量的作用，它仅对试验 结果的可靠性和有效性提供准则。结论还依赖于对问题 的工程知识的了解和把握； 例：一篇投农业工程学报的论文 修改意见： “3）文中一些拟合方程无意义，可以删除 相关内容。请您在附件中进行修改，修改部分务必用红 色标记出。”
试验统计学简史
3）山口弘一正交设计、可靠性设计价值工程类设计方法 （20世纪70年代），强调整体效果：如日本汽车的质量 在工业界得到广泛应用，但在理论上有很大争议； 4）随着科学的发展，学科交叉越来越普遍，试验设计方 法在许多领域得到广泛的认同和应用：禽流感传感器。 实验设计已远不止农业，奇怪现象：在农业相关领域的 兴趣反而下降——仪器设备的改进、标准化生产的影响
试验设计与数据统计分析
Experimental Design and Data Statistical Analysis 华南农业大学工程学院 刘庆庭
2012－9
关于本课程 学生：2012级——57人 （工程39、水利土木3、林学4 、园艺1、 食品10） 时间：2012年9月－2013年1月 学时：36 上课：28 周学时：3节/周 上机：8（SPSS数据处理软件应用） 作业: 建议先用手工做，以后用计算机做 考试：开卷
产生变异的原因是什么？是由于处理间（例如不同原料、不
同工艺、不同配比间）的实质性差异所引起的，还是由于无
法控制的偶然因素所引起的？
显著性检验的目的就在于承认并尽量排除这些无法控制的偶 然因素的干扰，将处理间是否存在本质差异揭示出来。
显著性检验的方法很多，常用的有：
t 检验——主要用于检验两个处理平均数 差异是否显著； 方差分析——主要用于检验多个处理平均 数间差异是否显著（F检验）；
食品试验研究的主要内容
• 从食品质量研究而言，从研究的类型和阶段来看，可分为以下 几个方面： （1）研究初级阶段的探索试验主要有简单试验设计、筛选试验。 简单试验设计的主要目的是明确某因素的作用，如对照试验、 比较试验等。筛选试验的目的主要是在众多是试验因素中明确 关键因素或优良水平，如单因素的多水平试验和少量水平的 （2个）的多因素试验（混杂设计、不完全区组设计、均匀设 计和正交设计等）。 （2）研究中期阶段的析因实验 研究中期阶段主要是多因素试验 分析，以深入分析主要因素的作用及其相互关系，如拉丁方设 计、交替设计、裂区设计和正交设计。 （3）研究后期阶段的优化试验 研究后期阶段，其目的是研究少 数关键因子及其相互作用关系而进行优化设计，如模型试验、 建立最优化模型的回归设计、优化配方的设计等。
2）正面意见： Paper review of IJABE：There was lack of experimental design which is the key to determine if an experimental work is publishable or not. Without statistics, one cannot say if the two treatments are significantly different. In this case, the data of performance “look” different in most cases. But in scientific world, one cannot determine the difference just by looking and statistical analysis should be presented. Ying Chen， Editor of IJABE
第一章 概述
# 试验设计与数据处理是以概率论、数理统 计及线性代数为理论基础，研究如何有效的 安排试验、科学的分析和处理试验结果的一 门科学。 # “试验设计与统计分析”(简称为“试验统 计学”)：协助试验、和对试验数据进行分 析处理的一种科学方法及数学工具 。
对试验统计学的认识：
（1）负面意见 * He uses statistics as a drunken man uses lamp posts--for support rather than illumination.—— Andrew Lang Scotish author * There are three kinds of lies: lies, damned lies, and statistics. —Benjamin Disraeli, English Prime Minister * Do you want the truth or do you want statistics? ——Mark Twain, USA author * Simply mention the word “statistics” to many scientists and engineers and it summons up the most unfavorable response
狭义的调查设计 主要 包含抽样方法的 选取，抽样单位、抽样数目的确定等等。通
常讲的调查设计主要是指狭义的调查设计。
合理的调查设计能控制与降低抽样误差，提
高调查的精确性，为获得总体参数的可靠估
计提供必要的数据。
3、统计分析的含义
统计分析：提供整理、分析数据资料的方法。
整理资料的基本方法是根据资料的特性将其整理成
2、试验设计的含义
# “实验”与“试验”
《现代汉语词典》中这两个词的释义是：【实验】为了检 验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。 【试验】为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活 动。 从《现汉》释义同时结合各自的语素意义可以看出： 实验中被检验的是某种科学理论或假设，通过实践操作来 进行；而试验中用来检验的是已经存在的事物，是为了察 看某事的结果或某物的性能，通过使用、试用来进行。 实验和试验有一个本质的区别： 实验是为了获取实验值或 者验证某个已经被接受的原理。一般人所作的都是实验。 试验是为了探索的目的，并不只到结果会怎样，进行的尝 试。有时候并不能预料结果。比如居里夫人对沥青的提炼 得到放射性物质的过程。比如最初用不同的材料尝试作灯 丝的过程。 实验——Experiment, 试验——Test.
统计表、绘制成统计图。 通过统计表、图可以大
致看到所得资料集中、离散的情况，并利用所收集
得来的数据计算样本统计量，以表示该资料的数量
特征、估计相应的总体参数。
3、统计分析的含义
统计分析的主要内容有两方面： （1）统计分析最重要的内容是 差异显著性检验，即统计假设 检验。 通过抽样调查或控制试验，获得的是具有变异的资料。那么
随机现象与随机数据
客观世界里普遍存在的是难以用严格的数学函数式来 描述的现象，物理公式描述的关系要在严格控制的试验条 件下才能实现。 例：牛顿第三定理：作用力＝反作用力 但要准确测得拖拉机、汽车在田间和路面的反作用 力却不是一件容易的事情。因为数据是有波动的，重复同 一试验和测试，都会有不同的结果。 这种现象，是随机现象，随机试验得到的数据，是随 机数据。 对这种现象，只能从大量观测的综合分析中，得出其 统计规律。 对随机现象的试验研究产生了试验统计学。它是以概 率论和数理统计为基础的。
中常用的试验设计方法有完全随机设计、随机区组
设计、正交设计、均匀设计、回归正交设计和混料
设计等。
（2）调查设计也有广义与狭义之分：
广义的调查设计 是 指 整个调查计划的制定，
包括调查研究的目的、对象与定，数据处理方法，调查组织工作，
调查报告撰写与要求，经费预算等内容。
论文工作中反映的问题：
5）试验描述要清楚，试验结果要分析 例：一篇投农业工程学报的论文 6）使设计与分析尽可能地简单——不要过分热心于使用复杂 的、过分精致的统计方法，不是越复杂越好，相对简单的设计 和分析方法往往是最好的； 7）统计的显著性与实际的显著性的差别： 统计的差异不能保证有实用价值，还要考虑价值等因素 8）可靠性： 现代生产对可靠性提出了更高的要求 美军降落伞
# 工程学科都是实验学科,这些学科的知识的
获取和应用都离不开实验。 # 正确地掌握实验研究的方法，为进一步分 析推理，获得对所研究的问题的正确认识， 非常重要。 科学实验的方法：观察—试验—推理 #学习方法:虽然已进入了计算机的时代，很 多统计分析都不需要我们再花很大力气去 分析计算，但搞清一些基本的原理还是必 要的。
检验 —— 主要用于由质量性状得来的
次数资料的显著性检验等。
（2） 统计分析的另一个重要内容是对变量（试 验指标或性状）间的关系进行研究。 研究它们之间的联系性质和程度，或者寻求它们 之间的联系形式，即进行相关分析与回归分析。 通过对资料进行相关、回归分析，可以揭示出试 验指标或性状间的内在联系，为新产品的研制开 发、产品质量的预测和控制提供理论依据。
试验或调查设计主要解决合理地收集必要而有代 表性资料的问题。
（1）试验设计有广义与狭义之分
广义的试验设计是指试验研究的课题设计，也 就是指整个试验计划的拟定。主要包含课题名称、 试验目的、研究依据、内容以及预期达到的效果， 试验方案，经济效益或社会效益的估计 ，已具备
的研究条件，参加研究人员的分工，试验时间、
地点、进度安排和经费预算，成果鉴定，学术论 文撰写等等内容。
狭义的试验设计主要是指试验单位 (试验单元 )的 选取、重复数目的确定、试验单位的分组和试验处