正交试验方差分析(通俗易懂)
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实验设计的方差分析与正交试验一、实验设计中的方差分析方差分析(analysis of variance,ANOVA)是一种统计方法,用于比较不同组之间的均值差异是否具有统计学上的显著性。
在实验设计中,方差分析主要被用来分析因变量(dependent variable)在不同水平的自变量(independent variable)中的变化情况。
通过比较不同组之间的方差,判断是否存在显著差异,并进一步分析差异的原因。
1. 单因素方差分析单因素方差分析是最简单的方差分析方法,适用于只有一个自变量的实验设计。
该方法通过比较不同组之间的方差来判断各组均值是否有差异。
步骤如下:(1)确定研究目的,选择合适的因变量和自变量。
(2)设计实验,确定各组的样本个数。
(3)进行实验,并收集数据。
(4)计算各组的平均值和总平均值。
(5)计算组内方差和组间方差。
(6)计算F值,通过计算F值来判断各组均值是否有显著差异。
2. 多因素方差分析多因素方差分析是在单因素方差分析的基础上,增加了一个或多个自变量的情况下进行的。
这种方法可以用来分析多个因素对因变量的影响,并判断各因素的主效应和交互效应。
步骤如下:(1)确定研究目的,选择合适的因变量和多个自变量。
(2)设计实验,确定各组的样本个数。
(3)进行实验,并收集数据。
(4)计算各组的平均值和总平均值。
(5)计算组内方差、组间方差和交互方差。
(6)计算F值,通过计算F值来判断各组均值是否有显著差异。
二、正交试验设计正交试验设计是一种设计高效实验的方法,可以同时考虑多个因素和各个因素之间的交互作用,并通过较少的试验次数得到较准确的结果。
1. 正交表的基本原理正交表的设计是基于正交原理,即每个因素和其他所有因素的交互效应都是独立的。
通过正交表设计实验,可以确保各因素和交互作用在样本中能够均匀地出现,从而减少误差来源,提高实验结果的可靠性。
2. 正交试验设计的步骤(1)确定要研究的因素和水平。
第十一章正交设计试验资料的方差分析在实际工作中,常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,则试验的规模将很大,往往因试验条件的限制而难于实施。
正交设计是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
第一节、正交设计原理和方法(一) 正交设计的基本概念正交设计是利用正交表来安排多因素试验、分析试验结果的一种设计方法。
它从多因素试验的全部水平组合中挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况,找出最优水平组合。
例如,研究氮、磷、钾肥施用量对某小麦品种产量的影响:A因素是氮肥施用量,设A1、A2、A3 3个水平;B因素是磷肥施用量,设B1、B2、B3 3个水平;C因素是钾肥施用量,设C1、C2、C3 3个水平。
这是一个3因素每个因素3水平的试验,各因素的水平之间全部可能的组合有27种。
如果进行全面试验,可以分析各因素的效应,交互作用,也可选出最优水平组合。
但全面试验包含的水平组合数较多,工作量大,由于受试验场地、经费等限制而难于实施。
如果试验的主要目的是寻求最优水平组合,则可利用正交设计来安排试验。
正交设计的基本特点是:用部分试验来代替全面试验,通过对部分试验结果的分析,了解全面试验的情况。
正交试验是用部分试验来代替全面试验,它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析;当交互作用存在时,有可能出现交互作用的混杂。
如对于上述3因素每个因素3水平试验,若不考虑交互作用,可利用正交表L9(34)安排,试验方案仅包含9个水平组合,就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况,找出最佳的生产条件。
一、正交设计的基本原理表11-1 33试验的全面试验方案正交设计就是从全面试验点(水平组合)中挑选出有代表性的部分试验点(水平组合)来进行试验。
图1中标有…9 ‟个试验点,就是利用正交表L9(34)从27个试验点中挑选出来的9个试验点。
即:(1)A1B1C1(2)A1B2C2(3)A1B3C3(4)A2B1C2(5)A2B2C3 (6)A2B3C1(7)A3B1C3(8)A3B2C1(9)A3B3C2上述选择,保证了A因素的每个水平与B因素、C 因素的各个水平在试验中各搭配一次。
正交试验设计2正交试验数据方差分析和贡献率分析正交试验设计是一种实验设计方法,通过选择适当的试验水平组合和设置统计模型,以减少试验阶段的试验次数和工作量,提高试验的效率和准确性。
正交设计通过对变量进行排列组合,使各变量的效应独立出现并减少副效应的影响,从而使实验结果更加可靠。
正交设计数据分析方法方差分析(ANOVA)是一种统计方法,用于测试在不同因素水平下的平均值是否相等。
在正交试验中,方差分析可以用于测试各个因子对试验结果的影响是否显著。
方差分析通常包括总体均值检验、各因子的效应检验以及误差项的检验。
通过方差分析可以确定哪些因子对试验结果的影响是显著的,进而确定最佳的试验条件。
贡献率分析是一种用于确定各个因子对试验结果的贡献程度的方法。
贡献率分析可以通过计算各个因子的均方根(RMS)值来确定各个因子的贡献程度。
贡献率可以用来排除一些不显著的因子,从而进一步优化试验条件。
1.节省试验次数和工作量:由于正交设计能够减少变量之间的相关性,可以通过较少的试验次数得到可靠的结果。
2.减少误差项:正交设计通过考虑副效应的影响,减少了试验误差的可能性,提高了数据的可靠性。
3.确定关键因素:正交设计通过方差分析和贡献率分析,可以确定对试验结果有着显著影响的关键因素,从而进行进一步优化。
4.灵活性:正交设计可以根据实验需求进行灵活的调整和改变,以适应多样的试验条件和目标。
总结正交试验设计是一种有效的实验设计方法,可用于减少试验次数和工作量,提高试验效率和准确性。
方差分析和贡献率分析是对正交设计数据进行进一步分析和总结的重要工具,可以帮助确定关键因素和优化试验条件。
正交试验设计能够在实验设计的早期阶段对各个因子进行全面考虑,从而为实验结果的有效性和可靠性打下基础。
第十一章正交设计试验资料的方差分析在实际工作中,常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,则试验的规模将很大,往往因试验条件的限制而难于实施。
正交设计是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
第一节、正交设计原理和方法(一)正交设计的基本概念正交设计是利用正交表来安排多因素试验、分析试验结果的一种设计方法。
它从多因素试验的全部水平组合中挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况,找出最优水平组合。
例如,研究氮、磷、钾肥施用量对某小麦品种产量的影响:A因素是氮肥施用量,设A1、A2、A33个水平;B因素是磷肥施用量,设B1、B2、B33个水平;C因素是钾肥施用量,设C1、C2、C33个水平。
这是一个3因素每个因素3水平的试验,各因素的水平之间全部可能的组合有27种。
如果进行全面试验,可以分析各因素的效应,交互作用,也可选出最优水平组合。
但全面试验包含的水平组合数较多,工作量大,由于受试验场地、经费等限制而难于实施。
如果试验的主要目的是寻求最优水平组合,则可利用正交设计来安排试验。
正交设计的基本特点是:用部分试验来代替全面试验,通过对部分试验结果的分析,了解全面试验的情况。
正交试验是用部分试验来代替全面试验,它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析;当交互作用存在时,有可能出现交互作用的混杂。
4)安排,试如对于上述3因素每个因素3水平试验,若不考虑交互作用,可利用正交表L9(3 验方案仅包含9个水平组合,就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况,找出最佳的生产条件。
一、正交设计的基本原理表11-133试验的全面试验方案正交设计就是从全面试验点(水平组合)中挑选出有代表性的部分试验点(水平组合)4)从27个试验点中挑选出来的来进行试验。
图1中标有‘9’个试验点,就是利用正交表L9(3 9个试验点。
即:(1)A1B1C1(2)A1B2C2(3)A1B3C3(4)A2B1C2(5)A2B2C3(6)A2B3C1(7)A3B1C3(8)A3B2C1(9)A3B3C2上述选择,保证了A因素的每个水平与B因素、C因素的各个水平在试验中各搭配一次。
第十一章正接安排考查资料的圆好领会之阳早格格创做正在本质处事中,时常需要共时观察 3个或者3个以上的考查果素,若举止周到考查,则考查的规模将很大,往往果考查条件的节造而易于真施.正接安排是安插多果素考查、觅供最劣火仄拉拢的一种下效用考查安排要领.第一节、正接安排本理战要领(一) 正接安排的基础观念正接安排是利用正接表去安插多果素考查、领会考查截止的一种安排要领.它从多果素考查的局部火仄拉拢中选择部分有代表性的火仄拉拢举止考查,通过对付那部分考查截止的领会相识周到考查的情况,找出最劣火仄拉拢.比圆,钻研氮、磷、钾肥施用量对付某小麦品种产量的效用:A果素是氮肥施用量,设A1、A2、A3 3个火仄;B果素是磷肥施用量,设B1、B2、B3 3个火仄;C果素是钾肥施用量,设C1、C2、C3 3个火仄.那是一个3果素每个果素3火仄的考查,各果素的火仄之间局部大概的拉拢有27种.如果举止周到考查,不妨领会各果素的效力,接互效用,也可选出最劣火仄拉拢.但是周到考查包罗的火仄拉拢数较多,处事量大,由于受考查场合、经费等节造而易于真施 .如果考查的主要手段是觅供最劣火仄拉拢,则可利用正接安排去安插考查.正接安排的基础个性是:用部分考查去代替周到考查,通过对付部分考查截止的领会,相识周到考查的情况.正接考查是用部分考查去代替周到考查,它没有成能像周到考查那样对付各果素效力、接互效用一一领会;当接互效用存留时,有大概出现接互效用的混纯.如对付于上述3果素每个果素3火仄考查,若没有思量接互效用,可利用正接表L9(34)安插,考查规划仅包罗9个火仄拉拢,便能反映考查规划包罗27个火仄拉拢的周到考查的情况,找出最佳的死产条件.一、正接安排的基根源基本理表11-1 33考查的周到考查规划正接安排便是从周到考查面(火仄拉拢)中选择出有代表性的部分考查面(火仄拉拢)去举止考查.图1中标有‘9 ’个考查面,便是利用正接表L9(34)从27个考查面中选择出去的9个考查面.即:(1)A1B1C1 (2)A1B2C2 (3)A1B3C3(4)A2B1C2 (5)A2B2C3 (6)A2B3C1(7)A3B1C3 (8)A3B2C1 (9)A3B3C2上述采用,包管了A果素的每个火仄与B果素、C 果素的各个火仄正在考查中各拆配一次.从图1中不妨瞅到,9个考查面分集是均衡的,正在坐圆体的每个仄里上有且仅有3个考查面;每二个仄里的接线上有且仅有1个考查面.9个考查面均衡天分集于所有坐圆体内,有很强的代表性,不妨比较周到天反映周到考查的基础情况.二、正接表及其个性(一) 正接表表11-2 是L8(27)正接表,其中“L”代表正接表;L 左下角的数字“8”表示有8止,用那弛正接表安插考查包罗8个处理 (火仄拉拢) ;括号内的底数“2” 表示果素的火仄数,括号内2的指数“7”表示有7列,用那弛正接表最多不妨安插7个2火仄果素.表11-2 L8(27)正接表2火仄正接表另有L4(23)、L16(215)等;3火仄正接表有L9(34)、L27(313) 、…、等.(二) 正接表的个性1、任一列中,分歧数字出现的次数相共比圆L8(27)中分歧数字惟有1战2,它们各出现4次;L9(34)中分歧数字有1、2战3,它们各出现3次 .2、任二列中,共一横止所组成的数字对付出现的次数相共比圆 L8(27)的任二列中(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)各出现二次;L9(34)任二列中 (1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 1), (3, 2), (3, 3)各出现1次.即每个果素的一个火仄与另一果素的各个火仄互碰次数相等,标明任性二列各个数字之间的拆配是匀称的.用正接表安插的考查,具备均衡分别战整齐可比的个性.均衡分别,是指用正接表选择出去的各果素火仄拉拢正在局部火仄拉拢中的分集是均衡的.由图11-1不妨瞅出,正在坐圆体中,任一仄里内皆包罗3 个考查面,任二仄里的接线上皆包罗1个考查面.整齐可比是指每一个果素的各火仄间具备可比性.果为正接表中每一果素的任一火仄下皆均衡天包罗着其余果素的各个火仄,当比较某果素分歧火通常,其余果素的效力皆相互对消.如正在A、B、C 3个果素中,A果素的3 个火仄A1、A2、A3条件下各有B、C 的3 个分歧火仄,即:正在那9个火仄拉拢中,A果素各火仄下包罗了B、C 果素的3个火仄,虽然拆配办法分歧,但是B、C皆处于共等职位,当比较A果素分歧火通常,B果素分歧火仄的效力相互对消,C果素分歧火仄的效力也相互对消.所以A果素3个火仄间具备可比性.共样,B、C果素3个火仄间亦具备可比性.(三) 正接表的类型1、相共火仄正接表各列中出现的最大数字相共的正接表称为相共火仄正接表.L4(23)、L8(27)、L12(211)等各列中最大数字为2,称为二火仄正接表;L9(34)、L27(313)等各列中最大数字为3,称为3火仄正接表.2、混同火仄正接表各列中出现的最大数字没有真足相共的正接表称为混同火仄正接表.L8(41×24)表中有一列最大数字为4,有4列最大数字为2. 也便是道该表不妨安插1个4火仄果素战4个2火仄果素.L16(44×23),L16(4×212)等皆混同火仄正接表.三、正接安排要领【例11·1】某火稻栽培考查采用了3个火稻劣良品种(A):二九矮、下二矮、窄叶青, 3种稀度(B): 15、20、25(万苗/666.7m2);3种施氮量(C):3、5、8(kg/666.7m2),试采与正接安排安插一个考查规划.(一) 决定考查果素及其火仄, 列出果素火仄表表11-3 果素火仄表(二) 采用符合的正接表根据果素、火仄及需要观察的接互效用的几去采用符合的正接表.采用正接表的准则是:既要能安插下考查的局部果素(包罗需要考查的接互效用),又要使部分火仄拉拢数(处理数)尽大概天少.普遍情况下,考查果素的火仄数应恰好等于正接表暗号中括号内的底数;果素的个数(包罗需要考查接互效用)应没有大于正接表暗号中括号内的指数;各果素及接互效用的自由度之战要小于所选正接表的总自由度,以便预计考查缺面.若各果素及接互效用的自由度之战等于所选正接表总自由度,则可采与有沉复正接考查去预计考查缺面.此例有3个3火仄果素,若没有观察接互效用,则各果素自由度之战为果素个数× (火仄数-1) = 3 × (3-1) =6,小于L9(34)总自由度 9-1=8,故不妨采用L9(34);若要观察接互效用,则应采用L27(313),此时所安插的考查规划本质上是周到考查规划.(三) 表头安排表头安排便是把选择出的果素战要观察的接互效用分别排进正接表的表头适合的列上.正在没有观察接互效用时,各果素可随机安插正在各列上;若观察接互效用,便应按该正接表的接互效用列表安插各果素与接互效用.此例没有观察接互效用,可将品种(A)、稀度(B)战施氮量(C)依次安插正在L9(34)的第1、2、3列上,第4 列为空列,睹表2-4.表11-4 表头安排L9(34)表头安排L8(27) 表头安排(四) 列出考查规划把正接表中安插果素的各列(没有包罗欲观察的接互效用列)中的每个数字依次换成该果素的本质火仄,便得到一个正接考查规划.表11-5 正接考查规划第二节正接考查资料的圆好领会若各号考查处理皆惟有一个瞅测值,则称之为单个瞅测值正接考查;若各号考查处理皆有二个或者二个以上瞅测值,则称之为有沉复瞅测值正接考查.一、单个瞅测值正接考查资料的圆好领会对付【例11-1】用L9(34)安插考查规划后,各号考查只举止一次,考查截止列于表2-6.试对付其举止圆好领会.表11-6 正接考查截止预计表T i为各果素共一火仄考查指标之战,T为9个考查号的考查指标之战;x为各果素共一火仄考查指目标仄衡数.该考查的9个瞅测值总变同由A果素、B果素、C果素及缺面变同4部分组成,果而举止圆好领会时仄圆战与自由度的领会式为:SS T = SS A + SS B + SS C+SSedf T = df A + df B + df C + dfe用n表示考查(处理)数;a、b、c表示A、B、C果素的火仄数;k a、k b、k c表示A、B、C果素的各火仄沉复数.本例,n=9、a=b=c=3、k a=k b=k c=3.1、预计各项仄圆战与自由度矫正数C = T2/n = 37112/9 = 1530169.00总仄圆战SST =Σx2-C=22+ (2)=21238.00A果素仄圆战SS A=Σ2T/k a-CA=222B果素仄圆战SS B= Σ2T/k b-CB222C果素仄圆战SS C=Σ2T/k c-CC222=5492.17缺面仄圆战SS e=SS T-SS A-SS B-SS C==3062.16总自由度df T=n-1=9-1=8A果素自由度df A=a-1=3-1=2B果素自由度df B=b-1=3-1=2C果素自由度df C=c-1=3-1=2缺面自由度df e= df T-df A-df B-df C= 8-2-2-2 = 22、列出圆好领会表,举止F考验表11-7圆好领会表F 考验截止标明,三个果素对付产量的效用皆没有隐著.究其本果大概是本例考查缺面大且缺面自由度小(仅为2),使考验的敏捷度矮,进而掩盖了观察果素的隐著性.由于各果素对付删沉效用皆没有隐著,没有必再举止各果素火仄间的多沉比较.此时,可从表11-6中采用仄衡数大的火仄A2、B3、C3拉拢成最劣火仄拉拢 A2B3C3.若F考验截止3个果素对付考查指目标效用隐著或者极隐著,举止各果素火仄间多沉比较常采与SSR法.本例是采用相共火仄正接表L9(34)安插的考查,A、B、C 果素各火仄沉复数相共,即k a=k b=k c=3,它们的尺度误相共,即单个瞅测值正接考查资料的圆好领会,其缺面是由“空列”去预计的.然而“空列”本去没有空,本质上是被已观察的接互效用所吞噬.那种缺面既包罗考查缺面,也包罗接互效用,称为模型缺面.若接互效用没有存留,用模型缺面预计考查缺面是可止的;若果素间存留接互效用,则模型缺面会夸大考查缺面,有大概掩盖观察果素的隐著性.考查缺面应通过沉复考查值去预计.所以,举止正接考查最佳能有二次以上的沉复.正接考查的沉复,可采与真足随机或者随机区组安排.二、有沉复瞅测值正接考查资料的圆好领会【例11·4】为了探讨花死锈病药剂防治效验的是非,举止了药剂种类(A)、浓度(B)、剂量(C)3果素考查,各有3个火仄,采用正接表L9(342)睹表11—10,对付考查截止举止圆好领会.用r表示考查处理的沉复数(区组数);n,a、b、c,k a、k b、k c的意思共上.此例 r=2; n=9, a=b=c=3, k a=k b=k c=3.表11-10 防治花死锈病药剂种类、浓度、剂量正接考查规划及截止预计表T i为各果素共一火仄考查指标之战,T为9个考查号的考查指标之战;x为各果素共一火仄考查指目标仄衡数.对付于有沉复、且沉复采与随机区组安排的正接考查,总变同不妨区分为处理间、区组间战缺面变同三部分,而处理间变同可进一步区分为A果素、B果素、C果素与模型缺面变同四部分.此时,仄圆战与自由度领会式为:SS T=SS t+SSr+SS e2df T = df t + df r + df e2而SS t=SS A+SSB+SS C+SS e1df t = df A + df B + df C + df e1于是SS T= SS A+SS B+SS C+SS r+SS e1+ SS e2df T = df A + df B + df C + df r + df e1 + df e2其中:SS r为区组间仄圆战;SS e1为模型缺面仄圆战;SS e2为考查缺面仄圆战;SS t为处理间仄圆战;df r、df e1、df e2、df t 为相映自由度.注意,对付于沉复采与真足随机安排的正接考查,正在仄圆战与自由度区分式中无 SS r、df r项.1、预计各项仄圆战与自由度矫正数C =T2/ r n =2/(2×总仄圆战SS T=Σx2-C=22+ (2)区组间仄圆战SS r=ΣT2r /n-C=22处理间仄圆战SS t = ΣT2t / r - C22+ (2)A果素仄圆战SS A = ΣT2A / k a r - C= 222)/(3×=B果素仄圆战SS B=ΣT2B / k b r - C222)/(3×=45.24C果素仄圆战SS C= ΣT2C / k c r - C=222)/(3×2) -16744.50=78.77模型缺面仄圆战SS e1= SS t– SS A– SS B - SS C=245.96- 25.72- 45.24.- 78.77= 96.23考查缺面仄圆战SS e2=SS T– SS r - SS t=246.62- 0.22- 245.96= 0.44总自由度 df T=rn-1=2×9-1=17区组自由度df r=r-1=2-1=1处理自由度df t=n-1=9-1=8A果素自由度df A=a-1=3-1=2B果素自由度df B=b-1=3-1=2C果素自由度df C=c-1=3-1=2模型缺面自由度 df e1 = df t-df A-df B-df C= 8-2-2-2= 2考查缺面自由度df e2=df T-df r-df t=17-1-8 = 82、列出圆好领会表,举止F考验表11-10 有沉复瞅测值正接考查资料的圆好领会表最先考验MS e1与MS e2好别的隐著性,若经F考验没有隐著,则可将其仄圆战与自由度分别合并,预计出合并的缺面均圆,举止F考验与多沉比较,以普及领会的粗度;若F考验隐著,证明存留接互效用,二者没有克没有及合并,此时只可以MS e2举止F考验与多沉比较.本例MS e1 / MS e2=802.00** ,模型缺面均圆MS e1与考查缺面均圆MS e2 好别极隐著,证明考查果素间接互效用极隐著,只可以考查缺面均圆MS e2举止F考验与多沉比较.F考验截止标明,药剂种类(A)、浓度(B)、剂量(C)3 果素对付花死产量皆有极隐著效用;区组间好别没有隐著.3、多沉比较(1) 若模型缺面隐著,证明考查果素间存留接互效用,各果素天圆列有大概出现接互效用的混纯,此时各考查果素火仄间的好别已没有克没有及真真反映果素的主效,果而举止各果素火仄间的多沉比较无多大本质意思,但是应举止考查处理间的多沉比较,以觅供最处理,即最劣火仄拉拢.举止各考查处理间多沉比较时采用考查缺面均圆MS e2.模型缺面隐著,还应进一步考查,以领会果素间的接互效用.(2) 若模型缺面没有隐著,证明考查果素间接互效用没有隐著,各果素天圆列有大概已出现接互效用的混纯,此时各果素火仄间的好别能真真反映果素的主效,果而举止各果素火仄间的多沉比较有本质意思,并从各果素火仄间的多沉比较中选出各果素的最劣火仄相拉拢,得到最劣火仄拉拢.举止各果素火仄间的多沉比较时,用合并的缺面均圆MSe=(SS e1+ SS e2)/(df e1+ df e2)此时可没有举止考查处理间的多沉比较.本例模型缺面极隐著,证明果素间存留接互效用,没有必举止各果素火仄间的多沉比较,应举止考查处理间的多沉比较,以觅供最处理,即最劣火仄拉拢.为了让读者相识多沉比较的要领,底下仍对付各果素火仄间、各考查处理间举止多沉比较.(1)A、B、C果素各火仄仄衡数的多沉比较表11-12 A果素各火仄仄衡数的多沉比较表(SSR法)表11-13 B果素各火仄仄衡数的多沉比较表(SSR法)表11-14 C果素各火仄仄衡数的多沉比较表(SSR法)果为由df e=8战k=2, 3, 查得SSR值并预计出LSR值列于表11-15.表11-15 SSR值与LSR值表多沉比较截止标明:A果素各火仄仄衡产量间、B果素各火仄仄衡产量间、C果素各火仄仄衡产量间好别隐著或者极隐著.各果素的最劣火仄为A1、B1、C2.注意,本例模型缺面隐著,考查果素间存留接互效用,没有宜从各果素火仄间的多沉比较中选出各果素的最劣火仄相拉拢去得到最劣火仄拉拢.(2)各考查处理仄衡数间的多沉比较表11-16 各考查处理仄衡数多沉比较表(LSD法)果为由df e=8, 查得t0.05(8)=2.306,t0.01(8)=3.355,预计出LSD值为:LSD0.05=0.245=0.565LSD0.01=0.245=0.822各考查处理间仄衡数多沉比较截止,除第2号考查处理与第7号考查处理、第3号考查处理与第6 号考查处理仄衡产量好别没有隐著中,其余各考查处理仄衡产量间好别极隐著或者隐著,最劣火仄拉拢为第2 号考查处理A1B2C2(或者第7号考查处理A3B1C3)本例模型缺面隐著,考查果素间存留接互效用,应以考查处理间的多沉比较觅供的最劣火仄拉拢,即第2号考查处理A1B2C2(或者第7号考查处理A3B1C3)为该考查的最劣火仄拉拢.。
先列出一个表格 三因素,三水平 正交表为4列,9行正交表的作用:对于同一个因素的任一个水平,当实验组合中含有这个水平时,其他的参数取值是均匀的,没有重复.如B 因素取90这个水平时有三个组合,这三个组合为可以看出,在B 因素取90时,A 和C 因素分别取了没有重复的三个变量,即均匀的。
这有什么好处,下面引出方差分析中一些假设1. 实验的结果有一个期望值E 0值,这个E 0 值是所用参数可能取值得到的计算结果的期望值,而且假设计算结果是满足正态分布的。
即),(~20σE N X i 。
注意:E 0 不是这9个计算结果的平均值,这9个计算结果只是所有可能结果的9个样本而已,我们就是在用着9个样本来分析总体2. 对于单个参数而言,由于单个参数的任一水平的计算结果只受该参数影响,而不受其他参数的影响,所以单个参数的计算结果的期望和方差都应该满足)(20,σE N ,1、2这两条实际是为方差分析服务的。
3. 至于说在正交法中单个参数的计算结果只受该参数影响,而不受其他两个参数取值的影响,涉及了另一个假设:假设各个参数对计算结果的影响是独立的,也就是说计算结果是3个参数的作用的加和,比如说在B=30,C=64时,A 取12对计算结果的贡献是8。
当B=32,C=40时,A 取12对计算结果的贡献还是8。
当然,这都是理想状态,参数之间的作用肯定是有互相影响滴,这种影响叫做交互作用,而且,每次试验都有误差的,不可能互相没有影响,两次试验中A 对计算结果的贡献肯定是不相等的。
我们在试验时一般不急于考虑交互作用,且在我们这个项目中交互作用的影响比较小,查的文献中直接对交互作用闭口不提,所以就不考虑了。
这样的话不就可以列出各个参数下的计算结果的表达式了以B=90这个例子为例。
X 1=31=Y(A=80)+Y ’(A=80)+Y(B=90) +Y ’(B=90)+Y(C=5) +Y ’(C=5) X 4=53=Y(A=85)+Y ’(A=85)+Y(B=90) +Y ’(B=90)+Y(C=6) +Y ’(C=6) X 7=57=Y(A=90)+Y ’(A=90)+Y(B=90) +Y ’(B=90)+Y(C=7) +Y ’(C=7)其中Y (A=80)是理想状态下A 取80对计算结果的贡献,Y ’(A=80)是A 取80对计算结果贡献的实验误差。
第十一章正交设计试验资料得方差分析在实际工作中,常常需要同时考察3个或3个以上得试验因素,若进行全面试验,则试验得规模将很大,往往因试验条件得限制而难于实施。
正交设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合得一种高效率试验设计方法.第一节、正交设计原理与方法(一)正交设计得基本概念正交设计就是利用正交表来安排多因素试验、分析试验结果得一种设计方法。
它从多因素试验得全部水平组合中挑选部分有代表性得水平组合进行试验,通过对这部分试验结果得分析了解全面试验得情况,找出最优水平组合.例如,研究氮、磷、钾肥施用量对某小麦品种产量得影响:A因素就是氮肥施用量,设A1、A2、A3 3个水平;B因素就是磷肥施用量,设B1、B2、B3 3个水平;C因素就是钾肥施用量,设C1、C2、C3 3个水平。
这就是一个3因素每个因素3水平得试验,各因素得水平之间全部可能得组合有27种。
如果进行全面试验,可以分析各因素得效应,交互作用,也可选出最优水平组合。
但全面试验包含得水平组合数较多,工作量大,由于受试验场地、经费等限制而难于实施。
如果试验得主要目得就是寻求最优水平组合,则可利用正交设计来安排试验.正交设计得基本特点就是:用部分试验来代替全面试验,通过对部分试验结果得分析,了解全面试验得情况。
正交试验就是用部分试验来代替全面试验,它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析;当交互作用存在时,有可能出现交互作用得混杂。
如对于上述3因素每个因素3水平试验,若不考虑交互作用,可利用正交表L9(34)安排,试验方案仅包含9个水平组合,就能反映试验方案包含27个水平组合得全面试验得情况,找出最佳得生产条件。
一、正交设计得基本原理表11-1 33试验得全面试验方案正交设计就就是从全面试验点(水平组合)中挑选出有代表性得部分试验点(水平组合)来进行试验.图1中标有‘9 '个试验点,就就是利用正交表L9(34)从27个试验点中挑选出来得9个试验点。
即:(1)A1B1C1(2)A1B2C2(3)A1B3C3(4)A2B1C2(5)A2B2C3(6)A2B3C1(7)A3B1C3(8)A3B2C1(9)A3B3C2上述选择,保证了A因素得每个水平与B因素、C 因素得各个水平在试验中各搭配一次。
从图1中可以瞧到,9个试验点分布就是均衡得,在立方体得每个平面上有且仅有3个试验点;每两个平面得交线上有且仅有1个试验点。
9个试验点均衡地分布于整个立方体内,有很强得代表性,能够比较全面地反映全面试验得基本情况。
二、正交表及其特性(一)正交表表11—2就是L8(27)正交表,其中“L"代表正交表;L 右下角得数字“8”表示有8行,用这张正交表安排试验包含8个处理(水平组合);括号内得底数“2”表示因素得水平数,括号内2得指数“7"表示有7列,用这张正交表最多可以安排7个2水平因素.表11-2L8(27)正交表2水平正交表还有L4(23)、L16(215)等;3水平正交表有L9(34)、L27(313) 、…、等。
(二)正交表得特性1、任一列中,不同数字出现得次数相同例如L8(27)中不同数字只有1与2,它们各出现4次;L9(34)中不同数字有1、2与3,它们各出现3次。
2、任两列中,同一横行所组成得数字对出现得次数相同例如L8(27)得任两列中(1, 1), (1, 2),(2,1),(2,2)各出现两次;L9(34)任两列中(1,1),(1,2), (1,3),(2, 1),(2, 2),(2,3), (3,1),(3,2),(3,3)各出现1次。
即每个因素得一个水平与另一因素得各个水平互碰次数相等,表明任意两列各个数字之间得搭配就是均匀得。
用正交表安排得试验,具有均衡分散与整齐可比得特点。
均衡分散,就是指用正交表挑选出来得各因素水平组合在全部水平组合中得分布就是均衡得.由图11-1可以瞧出,在立方体中,任一平面内都包含 3 个试验点, 任两平面得交线上都包含1个试验点。
整齐可比就是指每一个因素得各水平间具有可比性。
因为正交表中每一因素得任一水平下都均衡地包含着另外因素得各个水平,当比较某因素不同水平时,其它因素得效应都彼此抵消.如在A、B、C 3个因素中,A因素得 3 个水平A1、A2、A3条件下各有B、C 得3 个不同水平,即:在这9个水平组合中,A因素各水平下包括了B、C因素得3个水平,虽然搭配方式不同,但B、C皆处于同等地位,当比较A因素不同水平时,B因素不同水平得效应相互抵消,C因素不同水平得效应也相互抵消。
所以A因素3个水平间具有可比性.同样,B、C因素3个水平间亦具有可比性。
(三)正交表得类别1、相同水平正交表各列中出现得最大数字相同得正交表称为相同水平正交表。
L4(23)、L8(27)、L12(211)等各列中最大数字为2,称为两水平正交表;L9(34)、L27(313)等各列中最大数字为3,称为3水平正交表。
2、混合水平正交表各列中出现得最大数字不完全相同得正交表称为混合水平正交表。
L8(41×24)表中有一列最大数字为4,有4列最大数字为2. 也就就是说该表可以安排1个4水平因素与4个2水平因素。
L16(44×23),L16(4×212)等都混合水平正交表。
三、正交设计方法【例11·1】某水稻栽培试验选择了3个水稻优良品种(A):二九矮、高二矮、窄叶青, 3种密度(B):15、20、25(万苗/666、7m2);3种施氮量(C):3、5、8(kg /666、7m2),试采用正交设计安排一个试验方案。
(一)确定试验因素及其水平, 列出因素水平表表11—3 因素水平表(二) 选用合适得正交表根据因素、水平及需要考察得交互作用得多少来选择合适得正交表。
选用正交表得原则就是:既要能安排下试验得全部因素(包括需要考查得交互作用),又要使部分水平组合数(处理数)尽可能地少。
一般情况下,试验因素得水平数应恰好等于正交表记号中括号内得底数;因素得个数(包括需要考查交互作用)应不大于正交表记号中括号内得指数;各因素及交互作用得自由度之与要小于所选正交表得总自由度,以便估计试验误差。
若各因素及交互作用得自由度之与等于所选正交表总自由度,则可采用有重复正交试验来估计试验误差。
此例有3个3水平因素,若不考察交互作用,则各因素自由度之与为因素个数×(水平数—1)=3×(3-1)=6,小于L9(34)总自由度9—1=8,故可以选用L9(34);若要考察交互作用,则应选用L27(313),此时所安排得试验方案实际上就是全面试验方案。
(三) 表头设计表头设计就就是把挑选出得因素与要考察得交互作用分别排入正交表得表头适当得列上。
在不考察交互作用时,各因素可随机安排在各列上;若考察交互作用,就应按该正交表得交互作用列表安排各因素与交互作用。
此例不考察交互作用,可将品种(A)、密度(B)与施氮量(C)依次安排在L9(34)得第1、2、3列上,第4列为空列,见表2—4.表11-4表头设计L9(34)表头设计L8(27)表头设计(四)列出试验方案把正交表中安排因素得各列(不包含欲考察得交互作用列)中得每个数字依次换成该因素得实际水平,就得到一个正交试验方案。
表11—5正交试验方案第二节正交试验资料得方差分析若各号试验处理都只有一个观测值,则称之为单个观测值正交试验;若各号试验处理都有两个或两个以上观测值,则称之为有重复观测值正交试验.一、单个观测值正交试验资料得方差分析对【例11-1】用L9(34)安排试验方案后,各号试验只进行一次,试验结果列于表2-6。
试对其进行方差分析。
表11-6正交试验结果计算表Ti为各因素同一水平试验指标之与,T为9个试验号得试验指标之与;为各因素同一水平试验指标得平均数。
该试验得9个观测值总变异由A因素、B因素、C因素及误差变异4部分组成,因而进行方差分析时平方与与自由度得分解式为:SS T=SSA +SSB+SS C+SSedfT=df A+df B+df C +dfe用n表示试验(处理)数;a、b、c表示A、B、C因素得水平数;k a、kb、k c表示A、B、C因素得各水平重复数。
本例,n=9、a=b=c=3、k a=kb=kc=3。
1、计算各项平方与与自由度矫正数C = T2/n = 37112/9= 1530169、00总平方与SST =Σx2—C=(340、02+422、52+…+462、52) -1530169、00=21238、00A因素平方与SS A=Σ/k a-C=(1201、52+1291、52+1218、02)/3-1530169、00=1530、50B因素平方与SS B= Σ/k b-C=(1092、02+1278、52+1340、52)/3-1530169、00=11153、17C因素平方与SSC=Σ/k c—C=(1142、52+1245、02+1323、52)/3 —1530169、00=5492、17误差平方与SSe=SS T—SS A-SSB—SSC=21238、00—1530、5—11153、17-5492、17=3062、16总自由度dfT=n-1=9—1=8A因素自由度df A=a-1=3-1=2B因素自由度dfB=b-1=3-1=2C因素自由度dfC=c-1=3-1=2误差自由度df e=df T-dfA-dfB—df C=8-2-2-2 =22、列出方差分析表,进行F检验表11—7 方差分析表F 检验结果表明,三个因素对产量得影响都不显著。
究其原因可能就是本例试验误差大且误差自由度小(仅为2),使检验得灵敏度低,从而掩盖了考察因素得显著性。
由于各因素对增重影响都不显著,不必再进行各因素水平间得多重比较。
此时,可从表11—6中选择平均数大得水平A2、B3、C3组合成最优水平组合A2B3C3.若F检验结果3个因素对试验指标得影响显著或极显著,进行各因素水平间多重比较常采用SSR法。
本例就是选用相同水平正交表L9(34)安排得试验,A、B、C因素各水平重复数相同,即ka=kb=k c=3,它们得标准误相同,即单个观测值正交试验资料得方差分析,其误差就是由“空列”来估计得。
然而“空列”并不空,实际上就是被未考察得交互作用所占据.这种误差既包含试验误差,也包含交互作用,称为模型误差。
若交互作用不存在,用模型误差估计试验误差就是可行得;若因素间存在交互作用,则模型误差会夸大试验误差,有可能掩盖考察因素得显著性.试验误差应通过重复试验值来估计。
所以,进行正交试验最好能有二次以上得重复.正交试验得重复,可采用完全随机或随机区组设计。
二、有重复观测值正交试验资料得方差分析【例11·4】为了探讨花生锈病药剂防治效果得好坏,进行了药剂种类(A)、浓度(B)、剂量(C)3因素试验,各有3个水平,选用正交表L9(34)安排试验。