,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,實驗設計與數(shù)據(jù)處理,,教師：邵青,,1,實驗設計與數(shù)據(jù)處理 教師：邵青1,,第一章 概論,一、《,實驗設計與數(shù)據(jù)處理,》課程的目的、意義,任何自然科學都離不開實驗，大多數(shù)學科（化工、化學、輕工、材料、環(huán)境、醫(yī)藥、熱工等）中的概念、原理和規(guī)律大多由實驗推導和論證的。,如最佳的配方、工藝條件，產(chǎn)品性能的優(yōu)化，對產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量作出評價等。,,“實驗設計與數(shù)據(jù)處理”課程是以概率論數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗為基礎，經(jīng)濟、科學地安排試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行計算分析，最終達到減少試驗次數(shù)、縮短試驗周期、迅速找到優(yōu)化方案的一種科學計算方法。它主要應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究過程中的科學試驗，是產(chǎn)品設計、質(zhì)量管理和科學研究的重要工具和方法。,,通過本課程的教學，使學生掌握試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基本原理，并能針對實際問題正確地運用。學好本課程，為將來從事各專業(yè)科學研究打下基礎。,,2,第一章 概論一、《實驗設計與數(shù)據(jù)處理》課程的目的、意,農(nóng)業(yè)領域,,3,農(nóng)業(yè)領域3,道路,,4,道路4,,5,5,橋梁,,6,橋梁6,,工業(yè)產(chǎn)品,,7,工業(yè)產(chǎn)品7,,8,8,,9,9,（一）實驗的分類,,驗證性實驗,：對已知的理論進行驗證，以加深對理論的認識,探索性實驗,：為了揭示尚未完全認識的事物，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律，以完成工程與科研任務，具有很強的探索性 （工程中經(jīng)常碰到）,,10,（一）實驗的分類10,（二）實驗過程,實驗準備→實驗→實驗數(shù)據(jù)分析處理,1．實驗準備,①提出問題，弄清實驗目標,②設計實驗方案（實驗設計）,③擬訂實驗大綱,④實驗設備、測試儀器的準備,2．實驗,（1）測試,（2）記錄,3．實驗數(shù)據(jù)的分析、處理,通過一定的方法對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析，去偽存真，提煉出我們需要的信息，以發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律。,4．提交實驗報告或科研報告,,11,（二）實驗過程實驗準備→實驗→實驗數(shù)據(jù)分析處理11,二、本課程講授內(nèi)容,1．實驗設計,①單因素實驗設計（均分法，對分法，0.618法，分數(shù)法）,②雙因素實驗設計,③多因素實驗設計（正交實驗設計）,,2．數(shù)據(jù)處理,①實驗誤差分析,②實驗數(shù)據(jù)整理,③實驗數(shù)據(jù)分析（直觀分析法、方差分析、回歸分析）,,12,二、本課程講授內(nèi)容1．實驗設計12,參考文獻,,,（適合材料科學與工程、化工、機械、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等專業(yè)）,②方萍、何延《試驗設計與統(tǒng)計》，浙江大學出版社，2003年6月第1版,（適合環(huán)境與資源相關專業(yè)、生命科學、農(nóng)業(yè)科學、醫(yī)學）,③[美]Douglas C.Montgomery著《實驗設計與分析》,中國統(tǒng)計出版社，1998年6月第1版（電工等專業(yè) ）,④楊德《試驗設計與分析》，中國農(nóng)業(yè)出版社,⑤王萬中《試驗的設計與分析》，高等教育出版社,,13,參考文獻13,第二章 實驗設計,第一節(jié) 概 論,實驗設計,——是指為節(jié)省人力、財力、迅速找到最佳條件，揭示事物內(nèi)在規(guī)律，根據(jù)實驗中不同問題，在實驗前利用數(shù)學原理科學編排實驗的過程。,以概率論與數(shù)理統(tǒng)計學為理論基礎，為獲得可靠試驗結(jié)果和有用信息，科學安排試驗的一種方法論，亦是研究如何高效而經(jīng)濟地獲取所需要的數(shù)據(jù)與信息的方法。,正確的實驗設計不僅節(jié)省人力，物力和時間，并且是得到可信的實驗結(jié)果的重要保證。即,經(jīng)過設計的實驗，效果大大提高，與不經(jīng)過設計的實驗相比，情況大不相同。,,廣義上說，實驗設計包括明確實驗目的，確定測定參數(shù)，確定需要控制或改變的條件，選擇實驗方法和測試儀器，確定實測精度要求，實驗方案設計和數(shù)據(jù)處理步驟等。,,14,第二章 實驗設計第一節(jié) 概 論14,1．實驗設計的發(fā)展過程,20世紀初：英國生物統(tǒng)計學家費歇爾（1890-1962）首次提出了“試驗設計”術(shù)語。,實驗設計方法最早應用于農(nóng)業(yè)、生物學、遺傳學方面。在農(nóng)業(yè)方面主要是進行品種對比、施肥對比等。,20世紀40年代，英美兩國開始在工業(yè)生產(chǎn)中應用，如改變原料配比或工藝生產(chǎn)條件，尋找最佳工況。,50、60年代： 田口玄—博士創(chuàng)造了正交試驗設計法。,電訊研究所研制的“線形彈簧繼電器”，使 機收聽效果大為改進，為 電訊事業(yè)的發(fā)展起到了不可估量的作用。,50年代：我國中科院數(shù)學研究所在正交實驗設計的觀點、理論和方法上有了新的創(chuàng)見，編制了一套較為適用的正交表，簡化了實驗程序和實驗結(jié)果分析方法。,目前，實驗設計已廣泛應用于各個領域。,,15,1．實驗設計的發(fā)展過程20世紀初：英國生物統(tǒng)計學家費歇爾（,2．實驗設計的基本宗旨,,①最大限度地提高實驗,效率,②最大限度地提高實驗,精度,,,16,2．實驗設計的基本宗旨 ①最大限度地提高實驗效率16,3．實驗設計基本要素,①,指標——,用來衡量試驗效果好壞的特征值。,,②,因素——,對實驗指標有影響的原因或要素。,,③,水平——,因素在實驗中所處的不同狀態(tài)，可 能引起指標的變化。,,17,3．實驗設計基本要素①指標——17,1）指標——用來衡量試驗效果好壞的特征值,①指標分類：,a),定量,指標（數(shù)量指標，如強度、重量、產(chǎn)量、合格率、成活率、廢品率、轉(zhuǎn)化率等。）,b),定性,指標 （非數(shù)量指標，如顏色、味道、光澤等）,②指標的選擇要求：,選擇,客觀性強,的指標，選擇,易于量化,即經(jīng)過儀器測量而獲得的指標；選擇,靈敏度高,的指標，選擇,精確性強,的參數(shù)作為指標。,,18,1）指標——用來衡量試驗效果好壞的特征值①指標分類：18,2）因素——對實驗指標有影響的原因或要素,因素也稱為因子，它是在進行實驗時重點考察的內(nèi)容。,因素一般用大寫字母ABC……來標記，如因素A、因素B、因素C等。,①因素分類：,a),可控,因素（溫度、時間、種類、濃度……）,b),不可控,因素（風速、氣溫、……）,,,19,2）因素——對實驗指標有影響的原因或要素因素也稱為因子，它是,② 選擇因素的原則,,a）抓住主要因素（將影響較大的因素選入試驗）同時要考慮因素之間的交互作用。,,b）找出非主要因素，并使其在實驗中保持不變，以消除其干擾作用。,,,20,② 選擇因素的原則 a）抓住主要因素（將影響較大的因素選入試,3）,水平——因素在實驗中所處的不同狀態(tài),,選擇水平的原則：,,①水平宜取三水平為宜,,②水平應是等間隔的原則,,③水平是具體的,,,④水平的選擇必須在技術(shù)上現(xiàn)實可行。,,21,3）水平——因素在實驗中所處的不同狀態(tài) 選擇水平的原則：21,舉例,例1：某化工工程師欲研究化學反應溫度（60℃、70℃、80℃）、反應時間（1h、1.5h、2h）、催化劑用量（2kg、2.5kg、3kg）對產(chǎn)品產(chǎn)量（指標）的影響，根據(jù)找出的規(guī)律，確立最佳生產(chǎn)條件。,,例2：考察3種不同類型的電路對某種自動開關的響應時間（ms）的影響,指標：響應時間 因素：電路類型,水平：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,,,22,舉例例1：某化工工程師欲研究化學反應溫度（60℃、70℃、8,舉 例,例3：研究紙漿中木材濃度的分率、容器的壓強、煮漿時間對紙張強度的影響。,,指標,：紙張強度,,因素及水平：,紙漿中木材濃度的分率(%) 2、4、8,容器的壓強 (kPa) 400、500、650,煮漿時間 (h) 3、4,,,23,舉 例例3：研究紙漿中木材濃度的分率、容器的壓強、煮漿時間,舉 例,例4：直接過濾實驗中，欲考察混凝劑硫酸鋁投量，助劑聚丙烯酰胺投量，濾速對過濾周期平均出水濁度的影響。,,實驗,指標,：過濾周期平均出水濁度,,因素及水平：,混凝劑投量（mg/L）（ 10、12、1）,助凝劑投量（mg/L）（0.08、0.15、0.30）,濾 速（m/h） （8、10、12）,,,24,舉 例例4：直接過濾實驗中，欲考察混凝劑硫酸鋁投量，助,4．實驗設計方法,針對不同的具體情況，有不同的實驗設計方法。,單因素試驗設計,,雙因素試驗設計,,正交實驗設計,,各種試驗方法的目的、出發(fā)點各不相同。,,25,4．實驗設計方法針對不同的具體情況，有不同的實驗設計方法。,5．實驗方案設計的步驟,①明確實驗目的，確定實驗指標。,,②挑選因素，選取水平。,,③選定實驗設計方法。,,④實驗點安排。,,26,5．實驗方案設計的步驟①明確實驗目的，確定實驗指標。26,,27,27,,28,28,,29,29,,30,30,,31,31,,32,32,,33,33,,34,34,,35,35,,36,36,,37,37,,38,38,,39,39,,40,40,,41,41,,42,42,,43,43,,44,44,,45,45,,46,46,,47,47,,48,48,,49,49,,50,50,,51,51,,52,52,,53,53,,54,54,,55,55,,56,56,,57,57,,58,58,,59,59,,60,60,,61,61,,62,62,,63,63,,64,64,,65,65,,66,66,,67,67,,68,68,,69,69,,70,70,,71,71,,72,72,,73,73,,74,74,,75,75,,76,76,,77,77,,78,78,,79,79,,80,80,,81,81,,82,82,,83,83,,84,84,,85,85,,86,86,,87,87,,88,88,,89,89,,90,90,,91,91,,92,92,,93,93,,94,94,,95,95,,96,96,,97,97,,98,98,,99,99,,100,100,,101,101,,102,102,,103,103,,104,104,,105,105,,106,106,,107,107,,108,108,,109,109,,110,110,,111,111,,112,112,,113,113,,114,114,,115,115,,116,116,,117,117,,118,118,,119,119,,120,120,,121,121,,122,122,,123,123,,124,124,,125,125,,126,126,,127,127,,128,128,,129,129,,130,130,,131,131,,132,132,,133,133,,134,134,,135,135,,136,136,,137,137,,138,138,,139,139,,140,140,,141,141,,142,142,,143,143,,144,144,,145,145,,146,146,,147,147,,148,148,,149,149,,150,150,,151,151,,152,152,,153,153,,154,154,,155,155,,156,156,,157,157,,158,158,,159,159,,160,160,,161,161,,162,162,,163,163,,164,164,,165,165,,166,166,,167,167,,168,168,③實驗數(shù)據(jù)分析（直觀分析法、方差分析、回歸分析）,（適合材料科學與工程、化工、機械、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等專業(yè)）,4．提交實驗報告或科研報告,它主要應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究過程中的科學試驗，是產(chǎn)品設計、質(zhì)量管理和科學研究的重要工具和方法。,選擇靈敏度高的指標，選擇精確性強的參數(shù)作為指標。,5kg、3kg）對產(chǎn)品產(chǎn)量（指標）的影響，根據(jù)找出的規(guī)律，確立最佳生產(chǎn)條件。,①實驗誤差分析,例4：直接過濾實驗中，欲考察混凝劑硫酸鋁投量，助劑聚丙烯酰胺投量，濾速對過濾周期平均出水濁度的影響。,用來衡量試驗效果好壞的特征值。,通過一定的方法對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析，去偽存真，提煉出我們需要的信息，以發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律。,因素也稱為因子，它是在進行實驗時重點考察的內(nèi)容。,④水平的選擇必須在技術(shù)上現(xiàn)實可行。,②實驗數(shù)據(jù)整理,b)不可控因素（風速、氣溫、……）,煮漿時間 (h) 3、4,指標：響應時間 因素：電路類型,,169,③實驗數(shù)據(jù)分析（直觀分析法、方差分析、回歸分析）169,,170,170,,171,171,,172,172,,173,173,,174,174,,175,175,,176,176,,177,177,,178,178,,179,179,,180,180,,181,181,,182,182,,183,183,,184,184,,185,185,,186,186,,187,187,,188,188,,189,189,,190,190,,191,191,,192,192,,193,193,,194,194,,195,195,,196,196,,197,197,,198,198,,199,199,,200,200,,201,201,,202,202,,203,203,,204,204,,205,205,,206,206,,207,207,,208,208,,209,209,,210,210,,211,211,,212,212,,213,213,,214,214,,215,215,,216,216,,217,217,,218,218,,219,219,,220,220,,221,221,,222,222,,223,223,,224,224,,225,225,,226,226,,227,227,,228,228,,229,229,,230,230,,231,231,,232,232,,233,233,,234,234,,235,235,,236,236,,237,237,,238,238,,239,239,,240,240,,241,241,,242,242,指標：響應時間 因素：電路類型,1．實驗設計的發(fā)展過程,因素一般用大寫字母ABC……來標記，如因素A、因素B、因素C等。,它主要應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究過程中的科學試驗，是產(chǎn)品設計、質(zhì)量管理和科學研究的重要工具和方法。,因素也稱為因子，它是在進行實驗時重點考察的內(nèi)容。,對實驗指標有影響的原因或要素。,例4：直接過濾實驗中，欲考察混凝劑硫酸鋁投量，助劑聚丙烯酰胺投量，濾速對過濾周期平均出水濁度的影響。,通過一定的方法對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析，去偽存真，提煉出我們需要的信息，以發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律。,濾 速（m/h） （8、10、12）,20世紀初：英國生物統(tǒng)計學家費歇爾（1890-1962）首次提出了“試驗設計”術(shù)語。,用來衡量試驗效果好壞的特征值。,因素一般用大寫字母ABC……來標記，如因素A、因素B、因素C等。,5kg、3kg）對產(chǎn)品產(chǎn)量（指標）的影響，根據(jù)找出的規(guī)律，確立最佳生產(chǎn)條件。,,243,指標：響應時間 因素：電路類型243,,244,244,,245,245,,246,246,,247,247,,248,248,,249,249,,250,250,,251,251,,252,252,,253,253,,254,254,,255,255,,256,256,,257,257,,258,258,,259,259,,260,260,,261,261,,262,262,,263,263,,264,264,,265,265,,266,266,,267,267,,268,268,,269,269,,270,270,,271,271,,272,272,,273,273,,274,274,,275,275,,276,276,,277,277,,278,278,,279,279,,280,280,,281,281,,282,282,,283,283,,284,284,,285,285,,286,286,,287,287,,288,288,,289,289,,290,290,,291,291,,292,292,,293,293,,294,294,,295,295,,296,296,,297,297,,298,298,,299,299,,300,300,,301,301,,302,302,,303,303,,304,304,,305,305,,306,306,,307,307,,308,308,,309,309,,310,310,,311,311,,312,312,,313,313,,314,314,,315,315,,316,316,,317,317,,318,318,,319,319,,320,320,,321,321,,322,322,,323,323,,324,324,,325,325,,326,326,,327,327,,328,328,,329,329,,330,330,,331,331,,332,332,,333,333,,334,334,,335,335,,336,336,,337,337,,338,338,,339,339,,340,340,,341,341,,342,342,,343,343,,344,344,,345,345,,346,346,,347,347,,348,348,,349,349,,350,350,,351,351,,352,352,,353,353,,354,354,,355,355,,356,356,,357,357,,358,358,,359,359,感謝觀看,感謝觀看,