第三章常用的几种实验设计方法

第三章常用的几种试验设计措施基本类型1.完全随机设计2.配对设计3.配伍组设计（随机区组设计）4.本身比较设计5.交叉设计6.拉丁方设计试验设计的环节1.根据试验的目的选择试验方案。2.拟定处理原因和处理水平。3.拟定试验类型。4.根据试验效应的类型和处理原因的情况选择统计措施。5.拟定样本量。6.拟定分组方案。1.完全随机设计（comletelyrandomdesign）（属于单原因试验设计）（1）分组方式完全随机设计有两种分组方式：1．将受试对象随机分配到各处理组中；2．分别从不同总体中进行随机抽样，获取代表各不同总体的随机样本。（2）应用根据实用效应（指标）的不同均数的比较率的比较构成比（分布）的比较危险度的比较生存资料的比较能够是多种效应的比较。（3）优缺陷优点：试验设计和统计分析比较简朴；缺陷：只能分析比较一种原因的试验效应，总的效率不高。(4)特点受试对象有相同的机会被分配到不同的处理水平或不同的处理水平的组合中。试验的误差一般体现为组内误差（个体差别）。

（5）实施方案1.拟定处理水平和不同处理原因水平的组合。2.随机选择一定数量的受试对象。3.将选定的受试对象随机地分配到不同处理水平和不同处理原因水平的组合（处理组）。

实际工作中考虑到有些试验的工作量很大，可能使得某些原因或环境发生了变化，因为这种变化可能破坏组间的均衡性，所以尽管使用的是完全随机设计，在试验设计的随机化时增长一种Block以尽量地纠正这种影响。如：临床试验的病人入组，伴随时间的推移操作的熟练程度。（6）统计分析计量资料根据合用条件可采用t检验，方差分析或秩和检验；计数资料根据合用条件可采用u检验，卡方检验。10FOREXAMPLE例3．完全随机设计也能够用于从不同总体中进行随机抽样获取随机样本进行对比观察。某医院给190名慢性胃炎病人做胃粘膜活体组织检验，并用一样措施检验10名健康人作对照。拟从慢性胃炎病人190例胃粘膜活体组织检验标本中随机抽取10份，与健康人的10份标本比较T淋巴细胞含量。先将190名慢性胃炎病人依次编为l、2、…190号，等分为10段，每段19人。再从附表1随机数字表上随机地指定从第10行第1列相交处的“58”开始，向右记10个数字，并以19分别除各段的随机数，记余数，除尽则记除数(19)，不不小于19的随机数，不必除19，该随机数即为余数。然后将各段的起始病例号加上“余数”减去“1”即为该段抽到的病例号。例如．第1段的随机数是58，除19，余1，病例号1被抽到；第2段的随机数是71，除19，余14，第2段的起始病例号是20，20+14-1＝33，病例号33号被抽到；余类推。2.配对设计（matchedpairdesign）

（1）概念

将受试对象按既定条件配成对子，再随机分配每对中的两个受试对象接受不同的处理。

（2）优点

最大优点是能够改善处理组问的均衡性，提升试验效率。

（3）统计分析

计量资料可用t检验或秩和检验；

计数资料可用卡方检验。

FOREXAMPLE例1.拟将10对受试者随机实施甲、乙两处理，采用配对试验设计，每对中一种受试者接受甲处理，另一种则接受乙处理。先将受试者编号，第一对第一受试者编为1(1)，第二受试者编为1(2)，…，再按预先拟定的随机化方案，从附表2随机排列表第2行第1列开始，舍去10—19之间的数字，并要求单数取甲、乙顺序，双数(0作为双数)取乙、甲顺序。3.随机区组设计（RandomizedblockDesign)配对设计是随机区组设计的的一种特殊形式，即每个区组内只有两个受试对象。配伍组设计是先将若干个受试对象按一定条件划提成若干个区组。每一配伍组涉及的受试对象，随机地分别接受不同处理，每个配伍组的例数等于处理组个数。配伍的条件是影响试验效应的主要非处理原因。能够按单一非处理原因分配伍组，也能够按几种非处理原因的组合分配伍组。例如试验动物的种属、窝别、性别。年龄、体重相同和相近的划人一种配伍组或区组；临床试验根据详细要求可将性别、体重、年龄、职业、病情和病程等条件相同和相近的列入一种配伍组。分别将同一配伍组内的受试对象随机地分别分配到各处理组中去。随机区组设计能够使各处理组中的受试对象的条件均衡，具有良好的可比性，因为控制了非处理原因的影响，使处理原因的效应能得到比较符合实际的客观反应，而且各处理组、各配伍组的样本含量控制一致；使试验误差减小，提升了统计检验的效率。随机区组设计的环节：1.拟定三个要素。2.拟定可能影响成果的非处理原因。3.根据处理组数拟定区组容量。4.按拟定的非处理原因划分区组。5.将每个区组内的受试对象分别随机地分配接受不同的处理。随机区组设计的特点：能够控制一组非处理原因。区组容量等于处理组数。区组数量没有明确的限制，所以能够根据实际需要拟定区组数。处理原因与区组原因不应有有交互作用。每个内只有一种数据，不能计算组内误差。使用受试对象的数量等于处理数×区组数。因为在设计过程中，随机化只在区组内进行，区组原因又是非处理原因，全部原则上只分析处理原因，而区组原因不具有分析的条件。随机区组设计的统计分析：根据合用条件和分析目的，可用方差分析或秩和检验。

27FOREXAMPLE例1.拟将已提成8个配伍组的32个受试者随机分配到A、B、C、D四个处理组。

环节：1．将32个受试者按既定条件提成的8个配伍组进行编号，1～4号为第一配伍组，5～8号号为第二配伍组，…。2．按预定的随机化方案，从附表2随机排列表上随机指定第4～11行．共8行，从每行第1列(即第1个随机效)开始，向右只取随机数1～4，其他数舍去，将所取随机数依次标于各配伍组的受试者编号下。随机数1、2、3、4依次分别代表A、B、C、D四种处理。4.本身比较设计

（1）概念

这种在同一受试对象本身作对比的试验设计，统称为本身比较设计或本身对照设计。

（2）特点

①因为同一配伍组内的样品来自同一受试对象，

所以均衡性好；

②不需要尤其的随机分配措施，操作简朴。

(3)体现形式①同一批受试对象处理前后的效应指标比较；②同一批样品分别用两种处理措施的比较，或分别用同一处理原因的A水平和B水平的比较；③同—批样品分别用多种处理措施的比较，或分别用同一处理原因的多种水平的比较。（4）注意同体前后的比较，时间间隔不宜过长，不然受试对象或样品可能因时间间隔过长，受到混杂原因影响或本身发生某种变化，失去同体比较的均衡性。5.交叉设计

（1）概念

交叉设计是将每个观察对象在第一种时间阶段(或疗程)，随机分配在试验组或对照组然后在第二个时间阶段交叉安排。

（2）优点

1．节省样本含量；

2．易控制条件，降低误差

（3）合用条件两次观察的时间不能过长，处理效应不能连续过久。（4）注意处于第一阶段的“处理”不能有连续作用而影响到第二阶段的“处理”．不然将产生两种处理的叠加而造成交互影响。（5）交叉设计对受试对象的要求与分配措施交叉设计对受试对象的要求与分配措施和配对设计类似，即尽量使相邻的两个受试对象的条件近似。（6）交叉试验设计的几种形式两组A处理的成果作为A的效应，两组B处理的成果作为B的效应。将A处理与B处理的效应进行比较。设计模式：阳性阳性甲组（方案A）洗方案B对象阴性脱阴性阳性期阳性乙组（方案B）方案A

阴性阴性3．配对“拉丁方”将受试者每两例配成一种区组，区组内随机地将两例受试者的阶段及处理顺序相反安排，每个区组构成2*2的“拉丁方”状态。这么能够使不同阶段、不同区组中的受试对象接受A、B处理随机均衡。4．配对双交叉配对双交叉设计是在简朴配对交叉设计的基础上再增长第三阶段，受试者在第三阶段随机采用BAB或ABA处理顺序。(7)试验设计与数据处理举例例1．在针刺麻醉研究中，为比较A、B两种参数电针刺激后痛阈值上升情况，以条件近似的16只大白鼠作交叉试验。步骤：

先将每两只条件相同的大白鼠配成一对，共8对；并将第一对编为1、2号．第二对编为3、4号，…直到第八对编为15、16号。拟定的顺序是A—B。第1号是A—B，第2号即B—A，余类推。本例第1、3、6、8、9、12、14、15号的测试顺序是A—B;第2、4、5、7、10、11、13、16号的测试顺序是B—A。先进行的属第一阶段，后进行的属第二阶段。这么A、B两种参数电针刺激在第一和第二阶段达成了平衡。交叉试验设计进行的试验所得数据的统计处理可用方差分析，假如资料的性质不合合用方差分析则可用秩和检验。方差分析环节：秩和检验1．处理间的比较(本例即A、B两种参数电针刺激间的比较)环节：(1)先将同一大白鼠接受两种刺激所得数据均按先后顺序相减，并保存正负号，以差的代数值编秩号；(2)按两种顾序(A—B和B—A)分别求秩和．进行两样本秩和检验本例，同一大白鼠两次刺激痛阈上升值之差．按A—B的秩和为100，按B—A的秩和为36，n1＝n2=8；n2-n1=0，T＝36，查附表，得P<0.01，差别有统计学意义。能够觉得A、B两种参数电针刺激后痛阈值上升数的差别有统计学意义，A高于B。2．顺序问的比较(本例即第一和第二两个阶段的比较)环节：(1)将同一大白鼠接受两种刺激所得数据相加，以其和编秩号；(2)按两种顺序(A—B和B—A)分别求秩和，进行两样本秩和检验本例，同一大白鼠两次上升值之和，按A和B的不同顺序：A-B的秩和为58.5，B-A的秩和为77.5，n1＝n2=8；n2-n1=0，T＝58.5,查附表得P＞0.01，无统计学意义；能够觉得测试顺序对痛阈上升值无影响。秩和检验6.拉丁方设计

(1)概念

拉丁方试验设计是三原因、等水平的试验设计。它是将r个拉丁字母排成r行r列的方阵，使每行每列中的每个字母均只出现一次，这么的方阵称r阶拉丁方，或r*r拉丁方；分别按拉丁字母、行和列安排处理原因及影响原因的试验(或试验)称拉丁方试验(或试验)。(2)基本要求1．必须是三个原因的试验(或试验)，且三个原因的水平数相等；2．行间、列间、处理间均无交互作用；3．各行、列、处理的方差齐。(3)设计环节1．根据原因的水平数r选定基本型拉丁方(也称原则拉丁方)；2．将基本型拉丁方随机化。使用基本型拉丁方时要加以随机化，用列的重徘和行的重排来实现，行、列互换或移动时必须整行(或列)进行，不能将行或列拆开。例如5*5拉丁方的随机化：3．要求行、列、字母所代表的原因和水平。(4)统计处理1．列出试验成果，进行初步计算；2.按方差分析公式计算离均差平方和(ss)、自由度、均方(MS)与F值3．列方差分析表4．查附表6F界值表得P值，按所要求的检验水准作出推断结论5．若检验成果均数间有差别，需要时作均数的两两比较(5)特点1．纵横两向皆为配伍组，可用较少的反复次数，取得较多的信息2．双向误差控制，能够降低试验误差，比配伍组设计优越。(6)缺陷1．要求各原因的水平数相等且无交互作用，在实际应用中有一定的不足；2.反复数少，对差别的估计往往不够精确，为了提升精确度，可将处理数相同的几种拉丁方结合起来进行试验设计。FOREXAMPLE例1.研究蛇毒的抑瘤作用，拟将四种瘤株匀浆接种小白鼠；一天后分别用四种不同的蛇毒成份，各取四种不同的剂量腹腔注射，每日一次．连续10天