常用科研设计

第1页，共76页，2023年，2月20日，星期四常用医学实验设计方法完全随机化设计配对设计配伍设计交叉设计拉丁方设计析因设计正交设计第2页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计完全随机设计(completelyrandomdesign),亦称单因素设计，即只有1种处理因素，但可以有多个水平。完全随机设计将实验对象完全随机地分配到实验组与对照组或几个对比组中去。按实验的内容和要求,各组例数可相等或不等，但各组例数相等时统计效能较高。

第3页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计优点：实验设计和统计分析比较简单。实验中个别发生意外情况对实验结果影响不大。缺点：只能分析比较一个因素的实验效应。实验效率较低。第4页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计的随机分配方法样本例数≤

20，使用随机排列表样本例数＞

20，使用随机数字表第5页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计例1研究某病患者18例分别服用甲、乙两种药后，尿中17-酮类固醇24ｈ排出量有无不同。第6页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计先将18名病人按体重编号，再从随机排列表中，随机指定第3行，舍去18～19之间的数字，将0～17之间的数字依次录于病人编号下。按预先规定，将随机数字为单数者分入甲组，双数者分入乙组。第7页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计

第8页，共76页，2023年，2月20日，星期四第9页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计

第10页，共76页，2023年，2月20日，星期四完全随机设计分析方法第11页，共76页，2023年，2月20日，星期四例试将15例实验对象随机分配到甲、乙、丙三组.将实验对象从小到大编号（患者的就诊顺序）。随机排列表：随机指定第6行，舍去15~19字，将0~14之间的数字依次录于动物号下。预先规定，将随机数字为0~4者分入甲组，5~9者分入乙组，10~14者分入丙组。编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15随机数 11 2 14 10 8 12 1 4 3 0 9 6 13 7 5组别 丙 甲 丙 丙 乙 丙 甲 甲 甲 甲 乙 乙 丙 乙 乙第12页，共76页，2023年，2月20日，星期四第13页，共76页，2023年，2月20日，星期四例试将15例实验对象随机分配到甲、乙、丙三组.将实验对象从小到大编号（患者的就诊顺序）。随机排列表：随机指定第6行，舍去15~19字，将0~14之间的数字依次录于动物号下。预先规定，将随机数字为0~4者分入甲组，5~9者分入乙组，10~14者分入丙组。动物号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15随机数 11 2 14 10 8 12 1 4 3 0 9 6 13 7 5组别 丙 甲 丙 丙 乙 丙 甲 甲 甲 甲 乙 乙 丙 乙 乙第14页，共76页，2023年，2月20日，星期四分配结果分组对象编号甲组278910乙组511121415丙组134613第15页，共76页，2023年，2月20日，星期四例试将21头动物随机分配到甲、乙、丙三组将动物按体重从小到大编号。从随机数字表或计算器产生21个两位数的随机数；查随机数字表，随机指定某行，如从第1行开始抄21个两位数，出现重号，要舍去。将随机数从小到大排序后得序号R，并预先规定，0~7者为甲组，8~14为乙组，15~21者为丙组。如各组例数不相等，可利用R调整各组例数。如甲、乙、丙组分别为8，8，5例，则甲组：1~8；乙组：9~16；丙组：17~21第16页，共76页，2023年，2月20日，星期四第17页，共76页，2023年，2月20日，星期四将随机数从小到大排序后得序号R，并预先规定，序号0~7者为甲组，8~14为乙组，15~21者为丙组。第18页，共76页，2023年，2月20日，星期四分配结果第19页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计配对设计（paireddesign）是将受试对象按某些特征或条件配成对子，然后分别把每对中的两个受试对象随机分配到实验组与对照组(或不同处理组)。第20页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计配对设计的优点是能缩小受试对象间的个体差异，从而减少实验误差，提高实验效率。受试对象配对的特征或条件，主要是指年龄、性别、体重、环境条件等非实验因素，不要以实验因素作为配对条件。从统计方法上说，同体比较或自身对照也属于配对实验。

第21页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计根据受试对象来源的不同，分为同源配对(homogeneticmatching)和异源配对(hetero-geneticmatching)两种。第22页，共76页，2023年，2月20日，星期四同源配对又称同体配对(homobodymatching),即试验和对照在同一受试个体身上进行观察的方法，分为4种类型：(1)同一受试对象处理前、后的数据；(2)同一受试对象两个部位的数据；(3)同一受试对象、同一样品用两种方法或仪器检测结果；(4)用同一方法或仪器检测同一受试对象不同标本的检测结果。

第23页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计将样本中20例受试对象按性别相同、年龄、工作性质相近者配成对子，共10对。用随机排列表将每对中的两个受试对象随机分配到甲、乙两个处理组中。第24页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计先将10对受试者编号，如第一对第1受试者编为1.1，第2受试者编为1.2，余仿此。再随机指定随机排列表第2行，舍去10～19之间的数字，并规定单数取甲、乙顺序，双数取乙、甲顺序。第25页，共76页，2023年，2月20日，星期四第26页，共76页，2023年，2月20日，星期四配对设计

第27页，共76页，2023年，2月20日，星期四配伍组设计配伍组设计又称随机区组设计(randomizedblockdesign)，这种设计实际上是配对设计的扩大。配对设计是将多方面条件近似的受试对象配成对子，而这种设计是将多方面条件相同或相近的受试对象组成区组或配伍组。每个随机区组的受试对象数目取决于处理组数。这种设计，各随机区组的受试对象不仅数目相等，而且生物学特点也较均衡，缩小了组间差别，实验效率较高。

第28页，共76页，2023年，2月20日，星期四优点：条件一致或相近的受试对象组成同一单位组，并随机分配于各处理组中，使处理组间的可比性更强，能改善组间生物学特点的均衡性，既缩小了误差，又可分析出处理组间与配伍组间两因素的影响，实验效率较高。缺点：分组较繁，要求单位组内实验单位数与处理数相同，有时实际应用有一定困难。实验结果中若有缺失，统计分析较麻烦。第29页，共76页，2023年，2月20日，星期四例对小白鼠喂以A、B、C三种不同的营养素，目的是了解不同营养素增重的效果。采用随机区组设计方法，以窝别作为划分区组的特征，以消除遗传因素对体重增长的影响。现将同品系同体重的24只小白鼠分为8个区组，每个区组3只小白鼠。三周后体重增量结果(克)列于下表，问小白鼠经三种不同营养素喂养后所增体重有无差别？第30页，共76页，2023年，2月20日，星期四配伍组设计24小白鼠编成8个配伍组，每个配伍组3只小白鼠。1～3号为第1配伍组，4～5号为第2配伍组，余类推。查随机排列表，随机指定第2～9行，在该行取随机数1～3，其余数舍去，依次标于各配伍组的受试者编号下。预先规定随机数字为1划入A组，为2划入B组，为3划入C组。分配结果如下。第31页，共76页，2023年，2月20日，星期四第32页，共76页，2023年，2月20日，星期四配伍组设计第33页，共76页，2023年，2月20日，星期四第34页，共76页，2023年，2月20日，星期四常用医学实验设计方法完全随机化设计配对设计配伍设计交叉设计拉丁方设计析因设计正交设计第35页，共76页，2023年，2月20日，星期四一种特殊的自身对照设计，采用同一受试对象进行不同阶段自身对比观察，不但节省了样本，而且组间均衡性好。最简单的形式是二处理、二阶段交叉设计。交叉设计第36页，共76页，2023年，2月20日，星期四洗脱期表示不施加任何处理或给予安慰剂，用于清除a1、a2的“后效应”，其时间长短根据专业知识确定。必要时，在随机化分组前也可设立洗脱期，以清除试验前药物的影响。第37页，共76页，2023年，2月20日，星期四两阶段交叉实验设计与方差分析例实验两种不同配方的减肥药物a1和a2，采用交叉设计将20名患有肥胖症的受试者随机分为甲、乙两组，甲组前4周服a1药，后4周服a2药；乙组前4周服a2药，后4周服a1药。实验结果如下表所示：点评：应先按体重相近，将20名试验对象配成10对第38页，共76页，2023年，2月20日，星期四受试者的体重下降值（kg）给药顺序受试验者前4周后4周甲组1.1（1）6.129-0.454a1a22.1（2）2.4970.908………9.2（9）1.4981.13510.1（10）8.1724.313乙组1.2（11）4.4492.043a2a12.2（12）4.9941.816………9.1（19）1.5891.27110.2（20）0.1361.589第39页，共76页，2023年，2月20日，星期四交叉实验是有三个因素的多因素实验受试者间（包含了处理顺序，如先用何药？）阶段间：如前4周、后4周处理间：如a1药、a2药第40页，共76页，2023年，2月20日，星期四拉丁方设计（Latinsquaredesign）1.概念拉丁方设计是按照拉丁方表进行实验的一种设计方法。所谓拉丁方表是一个有拉丁数字的表，如：ABCDBCDACDABDABC第41页，共76页，2023年，2月20日，星期四特点每行及每列各字母均出现一次。ABCDBCDACDABDABC第42页，共76页，2023年，2月20日，星期四2.设计步骤A）根据因素的水平数选定拉丁方表。B）将选定拉丁方表随机化，即行、列交换。C）规定行、列、字母代表的因素和水平。第43页，共76页，2023年，2月20日，星期四3.实例例为研究5个不同剂量的甲状腺提取液对豚鼠甲状腺重的影响，考虑到鼠的种系和体重对观测指标可能有一定的影响，设计实验时最好将这2个重要的非处理因素一并安排，根据专业知识得知,这3个因素之间的交互作用可忽略不计,试选用合适的试验设计方案,并对所收集的定量资料进行统计分析。第44页，共76页，2023年，2月20日，星期四本例有3个因素,每个因素有5个水平:剂量:A273B308C319D391E410种系: 1 2 3 4 5体重: 一 二 三 四 五第45页，共76页，2023年，2月20日，星期四(1)选择五阶拉丁方:ABCDEBCDEACDEABDEABCEABCD第46页，共76页，2023年，2月20日，星期四ABCDEBCDEACDEABDEABCEABCDCBADEDCBEAEDCABAEDBCBAECD1，3列对调(2)随机化第47页，共76页，2023年，2月20日，星期四(2)随机化2，4行对调CBADEDCBEAEDCABAEDBCBAECDCBADEAEDBCEDCABDCBEABAECD第48页，共76页，2023年，2月20日，星期四(3)安排因素安排行因素为体重，列因素为种系，拉丁字母表示剂量。第49页，共76页，2023年，2月20日，星期四(4)安排实验实验条件种系体重剂量1一C1二B1三A1四D1五E第50页，共76页，2023年，2月20日，星期四(5)进行实验,得到实验结果种系体重一二三四五1C65B85A57D49E792A82E63D77B70C463E73D68C51A76B524D92C67B63E41A685B81A56E99C75D66第51页，共76页，2023年，2月20日，星期四4.拉丁方设计的缺点A)只能分析三个因素（包括区组因素）,改进：希腊拉丁方设计或超方设计。B)各因素的水平数必须相等，解决方法：尧墩(Youden)方设计。C)不能分析因素间的交互作用，解决方法：正交设计。第52页，共76页，2023年，2月20日，星期四析因设计不同实验因素及其不同水平间的作用往往是相互联系、相互制约的。把2个或2个以上因素的各种水平结合起来试验，用以探讨不同因素间、同一因素不同水平间及其交互作用的效果，这种实验设计称析因设计(factorialdesign)。

第53页，共76页，2023年，2月20日，星期四析因设计析因设计是将两个或多个因素的各个水平进行排列组合，交叉分组。实验结束后既可以分析各个处理因素的单独作用，又可以分析各处理因素间的交互作用，并可找出各因素间不同水平的“最佳组合”。第54页，共76页，2023年，2月20日，星期四析因设计优点①在一个不大规模的试验中，可以比较经济地获得各因素的平均效果；②把一个因素在其它因素变动的条件下进行试验，可扩大推论的基础；③可估计各因素所产生效果间的相互影响情况，即可检验各因素间的交互作用。第55页，共76页，2023年，2月20日，星期四第56页，共76页，2023年，2月20日，星期四析因设计2×2析因设计2×2即2个因素、2个水平；共4种水平。第57页，共76页，2023年，2月20日，星期四[例6-1]对12例缺铁性贫血病人的疗效观察，分为4组，分别在一般疗法基础上联合甲乙两药进行治疗，1个月后检查各组病人的红细胞数(105/mm3)。第一组一般疗法第二组一般疗法+甲药第三组一般疗法+乙药第四组一般疗法+甲药+乙药第58页，共76页，2023年，2月20日，星期四[例6-1]对12例缺铁性贫血病人的疗效观察，分为4组，分别在一般疗法基础上联合甲乙两药进行治疗，1个月后检查各组病人的红细胞数(105/mm3)。第一组一般疗法第二组一般疗法+甲药第三组一般疗法+乙药第四组一般疗法+甲药+乙药第59页，共76页，2023年，2月20日，星期四第60页，共76页，2023年，2月20日，星期四第61页，共76页，2023年，2月20日，星期四单独效应主效应交互作用第62页，共76页，2023年，2月20日，星期四第63页，共76页，2023年，2月20日，星期四表3不同基础液与不同血清种类对钩端螺旋体的培养计数的影第64页，共76页，2023年，2月20日，星期四正交设计当实验涉及的因素在三个或三个以上，且因素间可能存在交互作用时，可用正交设计。正交实验中各因素的水平数可以相等，也可以不相等。它利用一套规格化的正交表，将各实验因素、各水平之间的组合均匀搭配，合理安排，可以用较少的、有代表性的处理组合数，提供充分有用的信息，还可以找出较优组合，用以指导实践。第65页，共76页，2023年，2月20日，星期四试验号1（A）2（B）3（C）1A1B1C12A1B2C23A1B3C34A2B1C35A2B2C26A2B3C17A3B1C38A3B2C19A3B3C2正交表ABC全搭配27999第66页，共76页，2023年，2月20日，星期四正交实验举例分析例：某研究者用大白鼠作实验，观察指标是细胞色素P450，可能影响细胞色素P450量的因素是：因素A1水平（A1）:不用戊巴比妥2水平（A2）:用