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试验设计与数据处理DesignofExperimentandDataProcessing刘书成2011年2月2010级硕士研究生课程广东海洋大学PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion科研工作的必要手段——试验PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion新产品开发、新工艺及其他科研成果产生流程多次反复试验试验数据分析规律研究提高产量提高产品性能降低成本能耗PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion第一章绪论第二章试验设计的基础知识第三章统计假设检验(误差分析）第四章方差分析第五章回归分析第六章正交试验设计与数据处理第七章回归试验设计与数据处理第八章均匀设计与数据处理PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion第一章绪论一、DE&DP的性质、任务和作用二、DE&DP的发展三、学习DE&DP的意义四、DE&DP的内容五、课程学习的基本要求六、参考书籍PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion性质：专门研究合理的制定试验方案和科学的分析试验结果的方法的一门应用工具学科。2任务：以概率论与数理统计为理论依据，结合专业知识和实践经验，经济的、科学的、合理的安排试验，有效的控制试验的干扰，充分地利用和科学地分析所获取的试验信息，从而达到尽快获得最优试验方案的目的。多、快、好、省一、DE&DP的性质、任务和作用PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion作用：（1）通过试验设计可以分清各个试验因素对试验指标影响的大小顺序，找出主要因素，抓住主要矛盾；（2）通过试验设计可以了解因素与试验指标间的规律性，即每个因素的水平改变时，指标是怎么样变化的；（3）通过试验设计可以了解各因素之间的相互影响情况，即因素之间的交互作用情况；PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion（4）通过试验设计可迅速找出最优的生产条件或工艺条件，确定最优的方案，并能预测在最优的生产条件下的试验指标值及波动范围；（5）通过试验设计的方差分析，可以了解试验误差的大小，从而提高试验的精度。（6）通过对试验结果的分析，可以明确为寻找最优生产或工艺条件而进一步试验的研究方向。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion因素对指标影响规律因素对指标影响大小因素间是否相互影响优选最佳条件，估计指标值估计和控制试验误差PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion“DesignofExperiments”试验设计成为应用技术科学1930~40s英、美、苏用于工业1940s末美国Deming传播SED至日本1949日本GenichiTaguechi(田口玄一)以SED为基础建立“正交试验设计”法1952应用L27(313)于日本东海电报公司1952~1962应用100万项，1/3成效明显1955~1970日本借此推行全面质量管理1920sFisher将随机化、拉丁方等用于田间试验，发明方差分析StatisticalExperimentDesign1920sTippett将SED用于棉纺二、DE&DP的发展PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion范福仁范福仁《《田间试验之统计与分析田间试验之统计与分析》》1970.41970.4华罗庚推广华罗庚推广优选法优选法、统筹法、统筹法19781978优选法用于五粮液获成功优选法用于五粮液获成功方开泰、王元方开泰、王元创建均匀设计法创建均匀设计法华罗庚1910~1985方开泰1940~王元1930~PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion采用统计学方法，发现不确定现象背后隐藏的规律。变异（variation）是社会和自然科学中的普遍现象。变异使得实验或观察的结果具有不确定性。607590105120135150165180195210225240255270510152025y（产量，克/行）三、学习DE&DP的意义PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion用统计学思维方式考虑有关自然科学研究中的问题。43.83454244.943.344.243.6条件242.384441.84143.741.342.5条件1平均值654321P0.05P0.050.0560.060.050.070.080.050.03条件20.1050.150.130.120.090.080.06条件1平均值654321P0.05P0.05三、学习DE&DP的意义PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion保证你的研究论文能通过统计学审查§对不同杂志发表论文的调查结果显示，有统计错误的论文所占比例高达72%，最低也有20%。§国内外权威杂志对来稿都有统计学要求或统计学指导。n获得科学证据的主要手段三、学习DE&DP的意义PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion培养独立从事试验研究工作的能力严谨治学、理论联系实际的科学态度独立获取知识和综合运用知识的能力分析问题和解决问题的能力PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion四、DE&DP的内容DE&DP是统计数学的一个重要分支，内容丰富。主要有以下内容：对比试验；单因素试验；双因素试验；全面试验设计；正交试验设计；均匀试验设计；拉丁方试验设计；裂区试验设计；回归正交试验设计；回归旋转试验设计；饱和D-最优试验设计；混料试验设计；三次试验设计等。T-检验；极差分析；方差分析；回归分析；神经网络分析等等。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion：这是一个很受欢迎的统计软件；它容易操作，输出漂亮，功能齐全。对于非统计工作者是很好的选择。nSAS：这是功能非常齐全的软件；尽管价格不菲，许多公司还是因为其功能众多和某些美国政府机构认可而使用。尽管现在已经尽量“傻瓜化”，仍然需要一定的训练才可以进入。对于基本统计课程则不那么方便。目前已开发了JMP傻瓜型统计软件。nSTATA:这是众多统计软件的后起之秀；它操作灵活、简单、易学易用，同时具有数据管理软件、统计分析软件、绘图软件、矩阵计算软件和程序语言的特点。占用计算机系统资源少，绘图漂亮，对有简单编程基础者来讲十分容易上手，有专门出版的专业刊物。以上三种软件并称为新的国际三大权威统计软件PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion：它严格说来并不是统计软件，但作为数据表格软件，必然有一定统计计算功能。而且凡是有MicrosoftOffice的计算机，基本上都装有Excel。但要注意，有时在装Office时没有装数据分析的功能，那就必须装了才行。当然，画图功能是都具备的。对于简单分析，Excel还算方便，但随着问题的深入，Excel就不那么“傻瓜”，需要使用函数，甚至根本没有相应的方法了。多数专门一些的统计推断问题还需要其他专门的统计软件来处理。统计软件PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion：这是统计学家喜爱的软件。不仅由于其功能齐全，而且由于其强大的编程功能，使得研究人员可以编制自己的程序来实现自己的理论和方法。它也在进行“傻瓜化”以争取顾客。但仍然以编程方便为顾客所青睐。nR软件：这是一个免费的，由志愿者管理的软件。其编程语言与S-plus所基于的S语言一样，很方便。还有不断加入的各个方向统计学家编写的统计软件包。同时从网上可以不断更新和增加有关的软件包和程序。这是发展最快的软件，受到世界上统计师生的欢迎。是用户量增加最快的统计软件。对于一般非统计工作者来说，主要问题是它没有“傻瓜化”。统计软件PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion：这个软件是很方便的功能强大而又齐全的软件，也已经“傻瓜化”，在我国用的不如SPSS与SAS那么普遍。nStatistica：也是功能强大而齐全的“傻瓜化”的软件，在我国用的也不如SAS与SPSS那么普遍。nEviews：这是一个主要处理回归和时间序列的软件。nGAUSS：这是一个很好用的统计软件，许多搞经济的喜欢它。主要也是编程功能强大。目前在我国使用的人不多。nFORTRAN：这是应用于各个领域的历史很长的非常优秀的编程软件，功能强大，也有一定的统计软件包。计算速度比这里介绍的都快得多。但需要编程和编译。操作不那么容易。nMATLAB：这也是应用于各个领域的以编程为主的软件，在工程上应用广泛。编程类似于S和R。但是统计方法不多。统计软件PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion(L/s)效率η(%)051015202530压头H(m)ηH024681012湿浸法碱提法醇提法超声波法提取方法提取率（%）PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion湿浸法碱提法醇提法超声波法提取率（%）植物2植物1PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion五、课程学习的基本要求了解基本原理；熟练掌握介绍的几种生物统计方法，能独立进行试验结果的统计分析；熟练掌握介绍的几种试验设计方法，能独立进行试验设计；熟练掌握Excel、SAS等数据处理软件处理数据。PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion、对于