正交试验设计的极差分析

第7章-正交试验设计的极差分析第7章正交试验设计的极差分析正交试验设计和分析⽅法⼤致分为⼆种：⼀种是极差分析法(⼜称直观分析法),另⼀种是⽅差分析法（⼜称统计分析法)。

本章介绍极差分析法,它简单易懂,实⽤性强，在⼯农业⽣产中⼴泛应⽤。

７.1 单指标正交试验设计及其极差分析极差分析法简称R 法。

它包括计算和判断两个步骤,其内容如图7-1所⽰。

图7－１ R 法⽰意图图中，Ｋj ｍ为第ｊ列因素m ⽔平所对应的试验指标和，K ｊm 为Ｋjm 的平均值。

由K jm 的⼤⼩可以判断ｊ因素的优⽔平和各因素的⽔平组合，即最优组合。

R j 为第j 列因素的极差，即第j 列因素各⽔平下平均指标值的最⼤值与最⼩值之差：R j =max(jm j j K K K ,,,21 ）-ｍin(jm j j K K K ,,,21 )R j 反映了第ｊ列因素的⽔平变动时，试验指标的变动幅度。

R j 越⼤,说明该因素对试验指标的影响越⼤，因此也就越重要。

于是依据R j的⼤⼩,就可以判断因素的主次。

极差分析法的计算与判断,可直接在试验结果分析表上进⾏，现以例6-2来说明单指标正交试验结果的极差分析⽅法。

⼀、确定因素的优⽔平和最优⽔平组合例６-2 为提⾼⼭楂原料的利⽤率，某研究组研究了酶法液化⼯艺制造⼭楂精汁。

拟通过正交试验寻找酶法液化⼯艺的最佳⼯艺条件。

在例6-2中，不考虑因素间的交互作⽤(因例6-2是四因素三⽔平试验，故选⽤L9（34）正交表），表头设计如表６-５所⽰,试验⽅案则⽰于表６-6中。

试验结果的极差分析过程，如表7-1所⽰.表6-4 因素⽔平表表6-6 试验⽅案及结果试验指标为液化率，⽤y i 表⽰，列于表6-６和表7-1的最后⼀列。

表7－1 试验⽅案及结果分析计算⽰例：因素A 的第１⽔平Ａ1所对应的试验指标之和及其平均值分别为：K A １=ｙ１+y ２+ｙ3＝0+１７+２4=４1,=1A K 31K A1=１3．7同理，对因素Ａ的第2⽔平Ａ２和第３⽔平A 3，有ＫA2=ｙ4+ｙ5+y 6=１２＋47＋28=87,=2A K 31K Ａ2=2９ K A ３＝y ７+y 8＋y ９=１＋18+42＝61，=3A K 31K Ａ3=20.３由表7－１或表6－６可以看出，考察因素A 进⾏的三组试验中(Ａ1,A 2,Ａ3),B 、Ｃ、D 各⽔平都只出现了⼀次,且由于B 、C 、Ｄ间⽆交互作⽤,所以B 、C 、D 因素的各⽔平的不同组合对试验指标⽆影响，因此，对A 1、Ａ2和A ３来说,三组试验的试验条件是完全⼀样的。

正交检验的极差分析和方差分析教材正交检验的极差分析和方差分析引言：正交检验的极差分析和方差分析是统计学中常用的两种分析方法。

它们被广泛应用于实验设计和数据分析中，可以帮助我们判断变量之间的差异是否显著，并且确定是哪些因素对变量影响最为显著。

本文将重点介绍正交检验的极差分析和方差分析的基本原理和应用方法。

一、正交检验的极差分析1.1 基本原理正交检验的极差分析是通过观察不同水平的自变量对因变量的影响，推断不同水平之间的差异是否显著的一种方法。

它基于方差分析的原理，通过计算不同水平之间的平均差和标准差，判断不同水平之间的差异是否超过了预期的随机误差范围，从而得出结论。

1.2 应用方法首先，确定研究的自变量和因变量，并确定自变量的水平。

然后，通过随机抽样的方式获取样本数据，并计算每个水平下的极差。

接下来，计算整体样本数据的均值和方差，以及不同水平之间的平均差和标准差。

最后，使用统计方法，比较差异是否显著，并进一步推断不同水平之间的差异。

1.3 实例分析以某品牌洗衣机的不同水平温度对洗涤效果（洗涤时间）为例，通过极差分析探究不同水平温度下洗涤效果是否存在显著差异。

首先，选择3个不同水平的温度：40℃、60℃和80℃。

然后，使用这3个水平的温度进行多次洗涤实验，每次实验记录洗涤时间。

接下来，计算每个水平下的极差，并计算整体样本数据的均值和方差。

最后，使用正交检验的极差分析方法，比较不同水平之间的差异是否显著。

二、方差分析2.1 基本原理方差分析是通过比较不同组之间的方差大小，来判断不同组之间的差异是否显著的一种方法。

它基于总体方差和组内方差之间的关系，通过计算F统计量来比较差异是否显著。

2.2 应用方法首先，确定研究的自变量和因变量，并确定不同组别。

然后，通过随机抽样的方式获取样本数据，并计算每个组别的均值和方差。

接下来，计算总体样本数据的均值和方差，以及组内方差和组间方差。

最后，使用统计方法，计算F统计量，并比较差异是否显著。

第章正交试验设计的极差分析集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]第7章 正交试验设计的极差分析正交试验设计和分析方法大致分为二种：一种是极差分析法(又称直观分析法),另一种是方差分析法(又称统计分析法)。

本章介绍极差分析法，它简单易懂，实用性强，在工农业生产中广泛应用。

单指标正交试验设计及其极差分析极差分析法简称R 法。

它包括计算和判断两个步骤，其内容如图7-1所示。

值。

最优组合R j =max(jm j j K K K ,,,21 )-min(jm j j K K K ,,,21 )R j 反映了第j 列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度。

R j 越大，说明该因素对试验指标的影响越大，因此也就越重要。

于是依据R j 的大小，就可以判断因素的主次。

极差分析法的计算与判断，可直接在试验结果分析表上进行，现以例６-２来说明单指标正交试验结果的极差分析方法。

一、 确定因素的优水平和最优水平组合例6-2 为提高山楂原料的利用率，某研究组研究了酶法液化工艺制造山楂精汁。

拟通过正交试验寻找酶法液化工艺的最佳工艺条件。

在例６-２中，不考虑因素间的交互作用（因例６-２是四因素三水平试验，故选用L9(34)正交表），表头设计如表６-５所示，试验方案则示于表６-６中。

试验结果的极差分析过程，如表７-１所示.表6-4 因素水平表表6-6 试验方案及结果试验指标为液化率，用y i表示，列于表６-６和表７-１的最后一列。

表7-1 试验方案及结果分析计算示例：因素A 的第１水平A 1所对应的试验指标之和及其平均值分别为：K A1=y 1+y 2+y 3=0+17+24=41，=1A K 31K A1=同理，对因素A 的第２水平A 2和第３水平A 3，有K A2=y 4+y 5+y 6=12+47+28=87，=2A K 31K A2=29K A3=y 7+y 8+y 9=1+18+42=61，=3A K 31K A3=由表７-１或表６-６可以看出，考察因素A 进行的三组试验中（A 1,A 2,A 3），B 、C 、D 各水平都只出现了一次，且由于B 、C 、D 间无交互作用，所以B 、C 、D 因素的各水平的不同组合对试验指标无影响，因此，对A 1、A 2和A 3来说，三组试验的试验条件是完全一样的。

极差分析正交试验正交设计 SPSSAU极差分析Contents1背景 (1)2理论 (2)3操作 (3)4 SPSSAU输出结果 (4)5文字分析 (4)6剖析 (5)正交试验设计进行分析的方法包括两种，一种是极差分析（也称直观分析法），二是方差分析法。

如果使用方差分析，可使用S P S S A U进阶方法里面的多因素方差，也或者通用方法里面的方差分析进行研究。

极差分析是一种直观式的分析方法，其也称作R法，通过计算R值（因素极差值）来判断因素的优劣情况，当然还可判断某因素时的最佳水平情况，从而得到最终组合。

特别提示：极差分析是针对正交试验设计数据，比如使用S P S S A U【医学/实验研究--正交设计】数据得到正交表，进行试验得到试验数据后需要进行直观式分析。

1背景当前有一项研究，研究大豆出油率分别与3个因素的关系情况，分别是萃取液，温度和处理时间。

首先使用S P S S A U的正交设计得到正交表L9.3.4，总共进行9次试验收集完成试验数据后进行分析，希望找出3个因素时各水平的最佳大豆出油率组合。

另外，本案例数据如下表：表格中水平数量使用数字表示，比如因子2（温度）里面的数字1表示20度，数字2表示35度。

2理论极差分析是一种直观式分析方法，一般我们希望先评价因素优劣，比如本案例中三个因素的优劣，评价标题是通过R值（因素极差值）进行评价；而具体水平的优劣可通过K a v g值，即每个水平时试验数据的平均值，对于K a v g值的大小即可得到水平优劣的对比。

最终结合因素优劣和水平优劣，即可找出最佳试验组合。

特别提示：极差分析时，涉及相关指标的计算说明如下：K值：每因子每水平时试验证数据Y的加和值K a v g值：每因子每水平时试验证数据Y的平均值最佳水平：每因子时，K a v g值最大时对应的水平R：每因子时，K a v g值的最大值减去K a v g值的最小值水平数量：每因子时的水平数量每水平重复数r：每个水平平均实验次数折算系数d：每因子时，水平数量对应的折算系数d值R’：折算系数d*R*S q r t(每水平重复数r)如果是混合型正交表，R值（因素极差值）需要进行校正，即使用R’值，R’=折算系数d*R*S q r t(每水平重复数r)，其中折算系数d是结合水平数量查表得到，每水平重复数r指每水平平均实验次数。

正交试验结果的极差分析法正交试验方法能得到科技工作者的重视，在实践中得到广泛的应用，原因之一是不仅试验的次数减少，而且用相应的方法对试验结果进行分析可以引出许多有价值的结论。

因此，在正交试验中，如果不对试验结果进行认真的分析，并明确地引出应该引出的结论，那就失去用正交试验法的意义和价值。

下面以L4（23）表为例讨论正交试验结果的极差分析法。

表4-13 L4 (2 3）正交试验计算表列号1 2 3 试验指标y i试验号1 1 1 1 y12 1 2 2 y23 2 1 2 y3n=4 2 2 1 y4I j I1 = y j+y2I2 = y1+y3I3 = y1+y4II j II1 = y3+y4II2 = y2+y4II3 = y2+y3k j k1 =2 k2 =2 k3 =2I j/k j I1/k1I2/k2I3/k3II j/k j II1/k1II2/k2II3/k3极差(D j) max{}-min{} max{}-min{} max{}-min{}在表4-13中：I j——第j列“1”水平所对应的试验指标的数值之和。

Ⅱj——第j列“2”水平所对应的试验指标的数值之和。

（第j列有“3”，“4”水平时）k j——第j列同一水平出现的次数。

等于试验的次数（n）除以第j列的水平数。

——第j列“1”水平所对应的试验指标的平均值。

——第j列“2”水平所对应的试验指标的平均值。

D j——第j列的极差。

等于第j列各水平对应的试验指标平均值中的最大值减最小值，即用极差法分析正交试验结果应引出以下几个结论：①在试验范围内，各列对试验指标的影响从大到小的排队。

某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时，使试验指标数值的变化最大。

所以各列对试验指标的影响从大到小的排队，就是各列极差D的数值从大到小的排队。

②试验指标随各因素的变化趋势。

③使试验指标最好的适宜的操作条件（适宜的因素水平搭配）。

④对所得结论和进一步研究方向的讨论。

第7章正交试验设计的极差分析正交试验设计和分析方法大致分为二种：一种是极差分析法（又称直观分析法）,另一种是方差分析法（又称统计分析法）。

本章介绍极差分析法，它简单易懂，实用性强，在工农业生产中广泛应用。

7.1单指标正交试验设计及其极差分析极差分析法简称R法。

它包括计算和判断两个步骤，其内容如图7-1所示。

图7-1 R法示意图图中，K m为第j列因素m水平所对应的试验指标和，K jm为K m的平均值。

由K m 的大小可以判断j因素的优水平和各因素的水平组合，即最优组合。

R为第j 列因素的极差，即第j列因素各水平下平均指标值的最大值与最小值之差：R二max（心，耳,，爲）-min（心,兀,,爲）R反映了第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度。

R越大，说明该因素对试验指标的影响越大，因此也就越重要。

于是依据R j的大小，就可以判断因素的主次。

极差分析法的计算与判断，可直接在试验结果分析表上进行，现以例6 - 2来说明单指标正交试验结果的极差分析方法。

一、确定因素的优水平和最优水平组合例6-2为提高山楂原料的利用率，某研究组研究了酶法液化工艺制造山楂精汁。

拟通过正交试验寻找酶法液化工艺的最佳工艺条件。

在例6 -2中，不考虑因素间的交互作用（因例6 - 2是四因素三水平试验，故选用L9（34）正交表），表头设计如表6 - 5所示，试验方案则示于表6 - 6中。

试验结果的极差分析过程，如表7 - 1所示.表6-4 因素水平表表6-6 试验方案及结果试验指标为液化率，用y表示，列于表6 - 6和表7 - 1的最后一一表7-1试验方案及结果分析计算示例：因素A的第1水平A i所对应的试验指标之和及其平均值分别为:1K\i=y i+y2+y3=0+17+24=41, K AI = — K Ai=13.73同理，对因素A的第2水平A和第3水平A,有1K A2=y4+y5+y6=12+47+28=87 K A2=-K A2=2931K A3=y7+y8+y9=1 + 18+42=61 , K A3K A3=20.33由表7 - 1或表6 - 6可以看出，考察因素A进行的三组试验中(A,A2,A3), B、C D各水平都只出现了一次，且由于B C、D间无交互作用，所以B、C D因素的各水平的不同组合对试验指标无影响，因此，对A、A和A来说，三组试验的试验条件是完全一样的。

正交试验极差分析1 正交试验极差分析正交试验极差分析是一种可以同时测量和优化多个变量的试验。

它不仅可以对多个因素的变化响应进行研究，还可以有效地识别其中影响预期结果的最重要的变量，以及比较不同因素组合之间的影响力。

正交试验极差分析是很多工程研究和生产过程中常用的常规试验方法之一。

它能够有效地分析不同操作参数对系统性能或产品品质的影响，并对参数优化进行研究。

2 正交试验极差分析的主要步骤正交试验极差分析要求研究者先识别研究的变量类型、数量和预期，然后确定参数的范围。

然后，根据正交实验的基本期望原理使用适当的正交表在实现这一目标的给定参数下发起实验，收集和记录实验结果。

最后对收集的实验数据进行分析，并对识别最重要的变量和分析其影响程度及其结合结果进行解释和研究。

3 正交试验极差分析的优点正交试验极差分析的最大优点是它可以同时测量和优化多个变量。

当研究多个因素时，正交试验极差分析将能够帮助研究人员获得对该研究的全面理解，更有效地评估多个变量之间的相互影响，快速识别影响预期结果的最重要变量，以及评估不同变量组合之间的差异，有助于更好地探索变量之间的关联性。

另外，此外，正交试验极差分析的设计对于节省资金和时间也非常有效，因为它可以同时识别和分析多个变量的影响。

4 总结正交试验极差分析是一种用来同时测量和分析研究中不同因素响应的有效试验方法。

它能够识别影响预期结果的最重要变量，同时评估不同变量组合之间的影响力。

此外，正交试验极差分析对节省资金和时间也是有效的，因为它可以一次性同时测量和分析多个变量。

因此，正交试验极差分析是许多工程研究和生产过程中常用的试验方法之一，可以有效地用来提高系统性能和产品品质。

第7章-正交试验设计的极差分析汇总第7章正交试验设计的极差分析正交试验设计和分析方法大致分为二种：一种是极差分析法（又称直观分析法）,另一种是方差分析法（又称统计分析法）。

本章介绍极差分析法，它简单易懂，实用性强，在工农业生产中广泛应用。

7.1单指标正交试验设计及其极差分析极差分析法简称R法。

它包括计算和判断两个步骤，其内容如图7-1所示。

图中，K m为第j列因素m水平所对应的试验指标和，K jm为K m的平均值。

由K m的大小可以判断j因素的优水平和各因素的水平组合，即最优组合。

R为第j列因素的极差，即第j列因素各水平下平均指标值的最大值与最小值之差：R j=max（K~i,K~2, ,K jm）-min（心,兀，,K~）R反映了第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度。

R 越大，说明该因素对试验指标的影响越大，因此也就越重要。

于是依据R j的大小，就可以判断因素的主次极差分析法的计算与判断，可直接在试验结果分析表上进行，现以例6 - 2来说明单指标正交试验结果的极差分析方法。

一、确定因素的优水平和最优水平组合例6-2为提高山楂原料的利用率，某研究组研究了酶法液化工艺制造山楂精汁。

拟通过正交试验寻找酶法液化工艺的最佳工艺条件。

在例6 -2中，不考虑因素间的交互作用（因例6 - 2是四因素三水平试验，故选用L9（34）正交表），表头设计如表6 - 5所示，试验方案则示于表6 - 6中。

试验结果的极差分析过程，如表7 - 1所示.表6-4 因素水平表表6-6 试验方案及结果试验指标为液化率，用y i表示，列于表6 - 6和表7 - 1的最后一一计算示例:因素A的第1水平A i所对应的试验指标之和及其平均值分别为:K AI二y i+y2+y3=0+17+24=41, K A1同理，对因素A的第2水平A和第3水平A,有-K AI=13.7 31K A2=y4+y5+y6=12+47+28=87 K A2 K A2=2931K A3=y7+y8+y9=1 + 18+42=61 , K A3K A3=20.33由表7 - 1或表6 - 6可以看出，考察因素A进行的三组试验中(A,A2,A3)，B、C D各水平都只出现了一次，且由于B、C D间无交互作用，所以B、C D因素的各水平的不同组合对试验指标无影响，因此，对A、A2和A s来说，三组试验的试验条件是完全一样的。