数据分析导论

我国优化试验设计方法
60末期代 末期代， ■60末期代，华罗庚教授在我国倡导与普及 优选法” 如黄金分割法、 的“优选法”，如黄金分割法、分数法和斐波 那契数列法等。 那契数列法等。 ■数理统计学者在工业部门中普及 “正交设 计”法 。 70年代中期 年代中期， ■70年代中期，优选法在全国各行各业取得 明显成效。 明显成效。
什么叫做试验设计方法？ 什么叫做试验设计方法？
把数学上优化理论、技术应用于试验设计中， 把数学上优化理论、技术应用于试验设计中，科学 的安排试验、处理试验结果的方法。 的安排试验、处理试验结果的方法。 采用科学的方法去安排试验，处理试验结果， 采用科学的方法去安排试验，处理试验结果，以最 少的人力和物力消费，在最短的时间内取得更多、 少的人力和物力消费，在最短的时间内取得更多、 更好的生产和科研成果的最有效的技术方法。 更好的生产和科研成果的最有效的技术方法。
学习方式与要求
学习方式: 课堂教学+上机操作 学习方式 课堂教学 上机操作 学习要求：独立思考 学习要求： 考核方法： 考核方法：考试 总评成绩：平时 ％＋机试30％ ％＋机试 总评成绩：平时20％＋机试 ％ ＋笔试 50％ ％
以例1为例
假设每个金属离子取5个浓度（％）： 假设每个金属离子取 个浓度（％）： 个浓度 ： Cu2+： 0.02，0.04，0.06，0.08，0.10 ， ， ， ， ： 0.2，0.4，0.6，0.8， Zn2+： 0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 ： Mg2+：1.0பைடு நூலகம்2.0，3.0，4.0，5.0 ， ， ， ， ： Fe3+： 0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 ， ， ， ， ： Na+： 1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 ， ， ， ，
例1
某同学做植物细胞培养实验的毕业论文时， 某同学做植物细胞培养实验的毕业论文时，需要考察 不同金属离子在不同浓度下对植物细胞生长的影响： 不同金属离子在不同浓度下对植物细胞生长的影响： ： ～ ： ～ ％， ： ～ ％， Cu2+： 0～0.1％， Zn2+： 0～1％， Mg2+：0～5％， ％， ： ： ～ ％ Fe3+： 0～1％， Na+： 0～5％ ～ ％， 试问：如何安排实验才能尽可能又好又快地完成实验？ 试问：如何安排实验才能尽可能又好又快地完成实验？
例2
该同学在一次测量植物细胞培养液中Mg2+的残留量 该同学在一次测量植物细胞培养液中 （ppm）数据： ）数据： 137 124 128 151 162 110 197 154 153 142 128 92 试问：这些数据中的197和92是否可信？ 是否可信？ 试问：这些数据中的 和 是否可信
优化试验设计方法发展
基本概念
1、实验设计 、
实验设计指对实验进行计划、安排和规划的过程。 实验设计指对实验进行计划、安排和规划的过程。
2、数据处理 、
数据处理就是对实验获得的数据进行分类、判别和分析的过程。 数据处理就是对实验获得的数据进行分类、判别和分析的过程。
本课程的意义
实验设计
1）事半功倍，节约时间和人力物力 ）事半功倍， 2）减少实验的盲目性 ） 3）实验成功的根本保证 ）
本课程的意义
数据处理
1）数据进行鉴别筛选 ） 2）优化实验方案 ） 3）获得科学规律 ） 4）预测未知结果 ）
例3
时间(d) 0 1 2 3 4 5 6 蛋白质量(mg/L) 230 145 94.2 72.3 50.8 34.2 27.4
例3
250 蛋白质量（mg/L L） 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 时间（day）
我国优化试验设计方法
1978年 七机部由于导弹设计的要求， ■1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了 一个五因素的试验， 一个五因素的试验，希望每个因素的水平数要 多于10 而试验总数又不超过50 10， 50， 多于10，而试验总数又不超过50，显然优选法 和正交设计都不能用，随后，方开泰教授（ 和正交设计都不能用，随后，方开泰教授（中 国科学院应用数学研究所） 国科学院应用数学研究所）和王元院士提出 均匀设计” “均匀设计”法，这一方法在导弹设计中取得 了成效。 了成效。
实验设计与数据处理
导论
课程度的性质： 课程度的性质：
试验设计方法是一项通用技术， 试验设计方法是一项通用技术，是当代科技人员必 须掌握的技术方法。 须掌握的技术方法。
课程的任务： 课程的任务：
熟悉并掌握近代最常用、 熟悉并掌握近代最常用、最有效的几种优化试验设 计方法的基本原理及其应用。 计方法的基本原理及其应用。
例3
250 蛋白质量（mg/ /L） 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 时间（day） 5 6 7 y = 0.3659x 4 - 5.7354x 3 + 35.057x 2 - 116.76x + 230.38 R 2 = 0.9995
本课程的内容
1）数据的基本判别与表示 ） 方差分析 2）数据的分析方法 ） 回归分析 单因素优化设计（对分法、黄金分割法、爬山法） 单因素优化设计（对分法、黄金分割法、爬山法） 3）实验设计 ） 正交设计 多因素优化设计 均匀设计 4）常用数据处理软件 ） Excel、Origin、Sas、Spss、Matlab等 、 、 、 、 等
优化试验设计方法发展
随后， ■随后， F.Yates,R.C.Bose,O.Kempthome,W.G.Cochran, D.R.Cox和G.E.P.Box对试验设计都作出了杰出 D.R.Cox和G.E.P.Box对试验设计都作出了杰出 的贡献，使该分支在理论上日趋完善， 的贡献，使该分支在理论上日趋完善，在应用 上日趋广泛。 上日趋广泛。 ■50年代，日本统计学家田口玄一将试验设计中 50年代， 年代 应用最广的正交设计表格化， 应用最广的正交设计表格化，在方法解说方面 深入浅出为试验设计的更广泛使用作出了众所 周知的贡献。 周知的贡献。
上世纪20年代，由于农业试验的需要， 20年代 ■上世纪20年代，由于农业试验的需要，费 (R.A.Fisher)在试验设计和统计分析方面做 歇(R.A.Fisher)在试验设计和统计分析方面做 出了一系列先驱工作， 出了一系列先驱工作，从此试验设计成为统计 科学的一个分支。 科学的一个分支。 上世纪40年代，在二次世界大战期间， 40年代 ■上世纪40年代，在二次世界大战期间，美 国军方大量应用试验设计方法。 国军方大量应用试验设计方法。
要做多少个实验？ 要做多少个实验？
完全实验： 完全实验： N＝55＝3125（次） 正交实验： 正交实验： N＝L25（56）＝25（次） 均匀实验： 均匀实验： N＝U8（85）＝8（次）