1、试验设计简介,试验设计的意义 试验设计的几个概念 试验设计的基本原则 常用动物试验设计方法,2,试验设计的意义,试验性科学研究的基本步骤 试验设计 实施试验 分析处理试验结果 试验设计的目的 保证数据质量 获得正确科学的结论 提高试验的效率 常见错误 希望通过统计“处理”得出符合自己设想的结论 希望通过统计分析来弥补设计上的缺陷,收集资料,3,试验设计的几个概念,试验 在人为控制条件下进行的一种有目的的实践活动 与观察不同 是获取数据资料的过程 试验单元 根据试验目的确定的试验材料的基本单元 细胞，组织，个体，窝,4,试验设计的几个概念,试验指标 对每个试验单元要度量的试验结果的标志 日增重、
2、产仔数、瘦肉率、产奶量、 试验因子 试验中要研究的影响试验指标的因素 品种、饲料、性别、药物、饲喂方式、 单因子试验、双因子试验、多因子试验 客观因子（干扰因子）：除试验因子外的其他可能影响试验指标的因素,5,试验设计的几个概念,因子水平 对试验因子按其质或量所划分的等级或状态 不同品种、饲料的不同营养水平、 处理 根据试验因子的不同水平对试验单元所采取的不同措施 单因子试验：每个水平是一个处理 多因子试验：每个水平组合是一个处理,6,试验设计的几个概念,试验误差 由于除试验处理外的其他因素所引起的观测值的变异 试验设计的主要目的就是要尽量减小试验误差 系统误差： 由于干扰因子造成的不同处理内
3、的试验单元之间存在整体性的差异 随机误差： 由于随机和偶然因素所造成的误差，造成试验单元之间的随机变异,7,试验设计的基本原则,原则1 - 随机化 将试验单元随机地分配到不同的处理中 目的：降低系统误差获得随机误差的无偏估计 随机化 随意性 原则2 - 重复 同一处理中设置两个或两个以上的试验单元 目的：降低随机误差对随机误差方差进行估计,8,试验设计的基本原则,原则3 - 局部控制 对干扰因子的影响加以控制 目的：降低系统误差 原则4 平衡性 尽量使各处理中的重复数相等 目的：提高检验效率,9,常用畜牧试验设计方法,一、完全随机设计 将所有试验单元完全随机地分配到各个处理（组）中 适用于不存
4、在已知的除处理外的其他对试验指标有重要影响的干扰因子的情形 分组方法 抽签 利用随机数,10,常用畜牧试验设计方法,例: 设有15个试验单元，要将它们随机地分为3组,11,常用畜牧试验设计方法,分析方法2个处理：T检验2个以上处理：方差分析 优缺点 优点：简单误差自由度最大当有试验单元缺失时，信息损失较小 缺点：当存在干扰因子时，试验误差较大,12,常用畜牧试验设计方法,二、配对设计 - 局部控制的应用 用于只有两个处理的单因子试验 目的：消除或降低某个干扰因子对试验指标 的影响 方法： 将参加试验的试验单元两两配对 每一对子的两个试验单元分别随机地接受两个处理中的一个 配对的原则 对子内干扰
5、因子的影响不存在或很小，对子间允许存在干扰因子上的差别,13,常用畜牧试验设计方法,配对的方式 自身配对：将同一个体在不同时间或不同部位所接受的不同处理作为一个对子 亲缘配对：将亲缘关系相近的个体配对（同胞配对、亲子配对） 条件配对：将具有相近条件（性别、年龄、体重等）的个体配成对子,14,常用畜牧试验设计方法,三、随机区组 设计 - 配对设计的扩展 配对设计的扩展，用于有2个以上处理的单因子试验 目的：同配对设计 方法： 将试验单元按干扰因子的不同水平分组 每组内的单元数等于处理数 每个单元随机地接受一种处理 要求：区组内干扰因子的影响不存在或非常小区组与处理间无互作,15,常用畜牧试验设计
6、方法,常用的分组方式 按窝分组（随机窝组设计） 按圈舍分组 按时间分组 分析：同双向分类交叉分组无重复资料的方差分析,16,常用畜牧试验设计方法,缺失数据的处理 估计缺失数据,p：区组数 q：处理数 T：缺失数据所在处理的数据之和 B：缺失数据所在区组的数据之和 S：全部数据之和,17,常用畜牧试验设计方法,缺失数据的处理 用估计值取代缺失值进行方差分析 总自由度和误差自由度比无缺失时少1个 对处理平方和要进行校正,处理平方和校正 = 处理平方和 - 校正值,注意：用估计值取代缺失值并不能增加信息,18,常用畜牧试验设计方法,优缺点 优点： 较简单 降低误差方差 缺点： 降低误差自由度 当处理
7、较多时，不易构成区组,19,常用畜牧试验设计方法,四、双向随机区组设计 - 拉丁方设计 用于有2个干扰因子存在的单因子试验 方法： 将试验个体按这两个干扰因子双向分组 每组内的每个单元随机接受一种处理 可采用拉丁方来帮助设计,20,常用畜牧试验设计方法,拉丁方 用拉丁方字母组成的方阵 每个字母在每一行和每一列中都出现且只出现一次,33拉丁方,44拉丁方,55拉丁方,21,常用畜牧试验设计方法,标准拉丁方 第一行和第一列的拉丁字母均按自然顺序排列的拉丁方 44标准拉丁方：,22,常用畜牧试验设计方法,拉丁方设计基本步骤 根据处理个数从基本拉丁方中随机选择一个 （处理数 = 字母数） 将拉丁方的行
8、和列随机重排 将处理随机地分配给字母,要求： 区组与区组间及区组与处理间无互作 两个方向分组的组数相等且等于处理数 处理数不少于3 分析：同3向分类交叉分组无重复资料的方差分析,23,常用畜牧试验设计方法,例：研究5种不同饲料配方对奶牛日产奶量的影响，为消除不同牛只和牛的不同泌乳阶段对日产奶量的影响，采用55拉丁方设计，设计步骤如下,24,常用畜牧试验设计方法,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,3 2 1 4 5,1 2 3 4 5,列随机,5 4 2 1 3,行随机,处理随机,A = 配方5 B = 配方1 C = 配方3 D = 配方4 E = 配方2,25,常用畜牧试验设计方法,试
9、验结果,配方合计,26,常用畜牧试验设计方法,方差分析 1. 平方和,校正项：,牛只平方和：,阶段平方和：,配方平方和：,误差平方和：,总平方和：,27,常用畜牧试验设计方法,2. 方差分析表, 20.60 F0.01(4,12) = 5.41 不同饲料配方对日产奶量的影响有极显著差异,28,常用畜牧试验设计方法,缺失数据的处理 缺失数据的估计,r：处理数 (= 行数 = 列数） R：缺失数据所在行的数据之和 C：缺失数据所在列的数据之和 T：缺失数据所在处理的数据之和 G：全部数据之和,用估计值取代缺失值进行方差分析 总自由度和误差自由度比无缺失时少1个,29,常用畜牧试验设计方法,缺失数据
10、的处理 用估计值取代缺失值进行方差分析 总自由度和误差自由度比无缺失时少1个 对处理平方和进行校正,处理平方和校正 = 处理平方和 - 校正值,30,常用畜牧试验设计方法,拉丁方设计的优缺点 优点：消除或减小两个干扰因子的影响 缺点： 限制性较大，要求处理数 = 行数 = 列数 当处理数小于5时，误差自由度太小，检验的灵敏度较低，比较理想的处理数为5 8。,注：当处理数小于5时，可采用“重复拉丁方设计”，即用相同大小的拉丁方试验重复进行若干次，如5次33拉丁方试验、2次44拉丁方试验。,31,常用畜牧试验设计方法,五、正交设计 用于多因子试验，尤其是当水平数多的情形 目的：减小试验规模（只对部
11、分水平组合进行试验），提高试验效率 方法：用正交表来安排试验,32,常用畜牧试验设计方法,正交表,L9(34),水平数,最多因子数,行数（试验数）,正交表,33,常用畜牧试验设计方法,正交表的特点 每一列中不同数字出现的次数相同 任两列中，由同一横行的两个数组成的不同的数字对出现的次数相同 任取两列，各数据对的差之和等于0，这个特点被称为正交,34,常用畜牧试验设计方法,利用正交表安排试验可以保证所选取的水平组合具有最好的代表性,33试验的正交设计,35,常用畜牧试验设计方法,正交设计的步骤 根据试验因子数和每因子水平数选择正交表 如不考虑互作，因子数 列数 如需考虑互作，因子数 列数 作表头
12、设计：确定哪一列代表哪一个因子 如不考虑互作，可任意确定 如需考虑互作，必须按正交表的要求确定 按表头设计的方案进行试验 每行代表一个水平组合,36,常用畜牧试验设计方法,正交表,37,常用畜牧试验设计方法,正交表的交互作用表,38,常用畜牧试验设计方法,L8(27)表头设计,39,常用畜牧试验设计方法,例：在用某种饲料饲喂肉用仔鸡时，出现维生素缺乏症，为弄清是哪种维生素缺乏，对核黄素（A）、胆碱（B）、吡多醇（C）和烟酸（D）等4种维生素进行增重试验，每种维生素分不添加（1）与添加（2）两个水平，即进行了4因子2水平的试验。根据过去的经验，在核黄素与胆碱之间可能存在互作，其他因子间一般无互作
13、。试采用正交设计进行试验。 选取正交表L8(27) 表头设计为,40,常用畜牧试验设计方法,试验结果,41,常用畜牧试验设计方法,方差分析1. 计算平方和与自由度,42,常用畜牧试验设计方法,43,常用畜牧试验设计方法,方差分析表, 因子C（吡多醇）缺乏对肉鸡增重有显著影响,F0.05 (1,2) = 18.5,44,抽样调查设计,抽样调查：指对某一有限总体的现已存在的个体进行抽样来获得样本 畜禽品种资源的遗传多样性的调查 某种疾病的危害程度及流行规律的调查 全国人口普查 抽样设计：在调查之前制定的抽样计划 抽样方法 样本含量,45,抽样方法,抽样方法概率抽样 非概率抽样,简单随机抽样,系统抽
14、样,分层随机抽样,随机组群抽样,二级随机抽样,方便抽样,判断抽样,46,抽样方法,概率抽样 以一定的概率来对总体中的个体进行抽样 可以估计抽样误差 非概率抽样 从总体中非随机地选择特定的个体 不能估计抽样误差 用于精确度要求不高的调查,47,概率抽样,简单随机抽样 用完全随机的方法对总体中的个体进行抽样，总体中的每一个个体被抽中的概率相等 可用抽签或随机数来抽样 优点：不会产生系统抽样误差，对样本的统计分析较为简单 没有利用任何事先所了解的总体分布特征的信息,48,概率抽样,系统抽样（顺序抽样，间隔抽样） 按一个固定的间隔从有限总体中抽取所需数量的个体 抽样间隔 = 如果对总体的编号是随机的，
15、系统抽样近似等价于简单随机抽样 如果对总体按所要考察的指标的大小顺序编号，系统抽样优于简单随机抽样 如果在总体中要考察的指标随编号表现出周期性的变异时，系统抽样劣于简单随机抽样,49,概率抽样,分层随机抽样 将总体按所要研究的指标分为若干不重叠的层次或组，再从每个层次中按该层次在总体中所占比例进行简单随机抽样 分层的原则：在层次内个体间的一致性较高，而层次间有较大差异（类似于随机区组设计） 优点： 可降低抽样误差（如果分层合理） 可以更好地对不同层次的特点进行研究,50,概率抽样,随机组群抽样 将总体按其原有的自然状态划分为组群，然后随机抽取组群 要求组间变异尽可能地小 主要用于不能对总体中的全部个体编号，故而不能采用简单随机抽样或系统抽样的情形,51,概率抽样,二级随机抽样 随机组群抽样和简单随机抽样的结合 随机抽取组群 组群内简单随机抽样,52,非概率抽样,方便抽样（偶遇抽样） 街头随访、邮寄式调查、杂志内问卷调查、网上调查 常常有很大的局限性，可能导致严重的抽样误差 判断抽样 从总体中抽选“有代表性的”、“典型的”个体或组群作为样本 受主观因素的影响很大,
