正交试验设计(混合水平).ppt

第6讲 3 正交试验设计 1 混合水平的正交试验设计 混合水平正交表及其用法混合水平正交表就是各因素水平数不完全相等的正交表 如L8 41 24 这张表有8行 5列 表示要做8次试验 最多可安排5个因素 其中1个是4水平的 4个是2水平的 例某农科站进行品种试验 共有4个因素 A 品种 B 氮肥量 C 氮 磷 钾肥比例 D 规格 因素A是4水平的 另外3个因素都是2水平的 具体数据如表所示 试验指标是产量 数值越大越好 试用混合水平正交表安排试验 找出最好的试验方案 从表中看出 因素A的极差最大 因此因素A对试验的影响最大 并且以取2水平为好 因素B的极差仅次于因素A 对试验的影响比因素A小 也是以取2水平为好 因素C D的极差都很小 对试验的影响也就很小 都是以取2水平为好 总的说来 试验方案应以A2B2C2D2为好 2 拟水平法 拟水平法在没有合适的混合水平正交表可用时 可以对因素虚拟水平 将水平少的因素归入水平多的因素正交表中处理 例今有某一试验 试验指标只有一个 它的数值越小越好 这个试验有4个因素A B C D 其中因素A是2水平的 其余因素都是3水平的 具体数据如表所示 试对试验结果进行分析 找出最好的试验方案 采用L9 34 从表中的极差看出 因素D对试验的影响最大 取第3水平最好 其次是因素A取第3水平为好 再者是因素C 取第1水平为好 因素B的影响最小 取第1水平为好 总的来说 这实验的最优方案是A3B1B1D3 4有交互作用的正交试验设计 在多因素试验中 各因素不仅各自独立地起作用 而且各因素还联合起来起作用 也就是说 不仅各个因素的水平改变时对试验的指标有影响 而且各因素的联合搭配对试验指标也有影响 这后一种影响就是因素的交互作用 因素A和因素B的交互作用记为A B 1 交互作用表 交互作用表用正交表安排有交互作用的试验时 把两个因素的交互作用当成一个新的因素来看待 让它占有一列 叫交互作用列 交互作用列按交互作用表安排 2 水平数相同 水平数相同有交互作用的正交试验设计例某产品的产量取决于3个因素A B C 每个因素都有2个水平 具体数据如表所示 每两个因素之间都有交互作用 试验指标为产量 越高越好 试安排试验 并分析试验结果 找出最好的方案 采用L8 27 交互作用表 表头设计 交互作用表 从极差大小看出 影响最大的因素是C 取2水平为好 其次是A B 取2水平为好 第三是因素A 取1水平为好 第四是因素B 取1水平为好 由于因素B影响较小 1水平和2水平差别不大 但考虑到A B是2水平好 它的影响比B大 所以因素B取2水平为好 A C B C的极差很小 对试验的影响很小 忽略不计 综合分析考虑 最好的方案是C2A1B2 对三个指标分别进行直观分析 提取物得率 因素主次 CAB优方案 C3A2B2或C3A2B3总黄酮含量 因素主次 ACB优方案 A3C3B3葛根素含量 因素主次 CAB优方案 C3A3B2综合平衡 A3B2C3 综合平衡原则 次服从主 首先满足主要指标或因素 少数服从多数降低消耗 提高效率 综合平衡特点 计算量大信息量大有时综合平衡难 2 综合评分法 综合评分法 根据各个指标的重要程度 对得出的试验结果进行分析 给每一个试验评出一个分数 作为这个试验的总指标进行单指标试验结果的直观分析法 评分方法 直接给出每一号试验结果的综合分数对每号试验的每个指标分别评分 再求综合分若各指标重要性相同 各指标的分数总和若各指标重要性不相同 各指标的分数加权和 如何对每个指标评出分数 非数量性指标 依靠经验和专业知识给出分数有时指标值本身就可以作为分数 如回收率 纯度等用 隶属度 来表示分数 例 两个指标 取代度 酯化率两个指标重要程度不同综合分数 取代度隶属度 0 4 酯化率隶属度 0 6 综合评分法特点 将多指标的问题 转换成了单指标的问题 计算量小准确评分难 6 2 3有交互作用的正交试验设计 1 交互作用的判断设有两个因素A和B 各取两水平在每个组合水平上做试验 根据试验结果判断 2 有交互作用的正交试验设计及其结果的直观分析 例 3因素2水平交互作用 A B A C指标 吸光度 越大越好 选表 应将交互作用看成因素按5因素2水平选表 L8 27 表头设计交互作用应该占有相应的列 交互作用列交互作用列是不能随意安排表头设计两种方法 查交互作用表查表头设计表 明确试验方案 进行试验 得到试验结果 计算极差 确定因素主次 注意 排因素主次顺序时 应该包括交互作用 优方案的确定如果不考虑因素间的交互作用 优方案 A2B2C1交互作用A C比因素C对试验指标的影响更大因素A C水平搭配表 因素A C水平搭配表 说明 表头设计中的 混杂 现象 一列安排多个因素或交互作用 高级交互作用 如A B C 一般不考虑r水平两因素间的交互作用要占r 1列 当r 2时 不宜用直观分析法即使不考虑交互作用 最好仍与有交互作用时一样 按规定进行表头设计 6 2 4混合水平的正交试验设计 两种方法 直接利用混合水平的正交表拟水平法 将混合水平的问题转化成等水平问题来处理 6 2 5Excel在直观分析中应用 函数SUMIF绘制趋势图 1 直接利用混合水平的正交表 例注意 不同列Ki与ki的计算计算极差时 按ki计算混合水平正交表也可以安排交互作用 2 拟水平法 例拟水平 将现有较好的水平重复一次注意 有拟水平的列 Ki ki计算计算极差时 按ki计算有拟水平的因素确定优水平时 应按ki确定可以对多个因素虚拟水平 6 3正交试验设计结果的方差分析法 能估计误差的大小能精确地估计各因素的试验结果影响的重要程度 6 3 1方差分析的基本步骤与格式 设 用正交表Ln rm 来安排试验试验结果为yi i 1 2 n 1 计算离差平方和 总离差平方和 设 各因素引起的离差平方和 第j列所引起的离差平方和 因此 交互作用的离差平方和 若交互作用只占有一列 则其离差平方和就等于所在列的离差平方和SSj若交互作用占有多列 则其离差平方和等于所占多列离差平方和之和 例 r 3时 试验误差的离差平方和 方差分析时 在进行表头设计时一般要求留有空列 即误差列误差的离差平方和为所有空列所对应离差平方和之和 2 计算自由度 总自由度 dfT n 1 任一列离差平方和对应的自由度 dfj r 1 交互作用的自由度 以A B为例 dfA B dfA dfBdfA B r 1 dfj若r 2 dfA B dfj若r 3 dfA B 2dfj dfA dfB 误差的自由度 dfe 空白列自由度之和 3 计算均方 以A因素为例 以A B为例 误差的均方 注意 若某因素或交互作用的均方 MSe 则应将它们归入误差列计算新的误差 均方例 若MSA MSe则 4 计算F值 各均方除以误差的均方 例如 或 或 5 显著性检验 例如 若 则因素A对试验结果有显著影响若 则交互作用A B对试验结果有显著影响 6 列方差分析表 6 3 2二水平正交试验的方差分析 正交表中任一列对应的离差平方和 例6 9 6 3 3三水平正交试验的方差分析 r 3 所以任一列的离差平方和 例6 10 注意 交互作用的方差分析 有交互作用时 优方案的确定 6 3 4混合水平正交试验的方差分析 1 利用混合水