试验设计与抽样调查

试验设计与抽样调查试验设计概述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

收集资料第2页,共54页，2024年2月25日，星期天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，窝第3页,共54页，2024年2月25日，星期天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、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第4页,共54页，2024年2月25日，星期天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第5页,共54页，2024年2月25日，星期天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第6页,共54页，2024年2月25日，星期天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：降低系统误差第7页,共54页，2024年2月25日，星期天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第8页,共54页，2024年2月25日，星期天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组试验单元123456789101112131415随机数118701789965638901841396802687938377398846688随机数序号189155131141061423127分组122313312231132第9页,共54页，2024年2月25日，星期天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，试验误差较大第10页,共54页，2024年2月25日，星期天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第11页,共54页，2024年2月25日，星期天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）的个体配成对子第12页,共54页，2024年2月25日，星期天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第13页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计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第14页,共54页，2024年2月25日，星期天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：全部数据之和第15页,共54页，2024年2月25日，星期天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第16页,共54页，2024年2月25日，星期天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较多时，不易构成区组第17页,共54页，2024年2月25日，星期天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第18页,共54页，2024年2月25日，星期天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3×3拉丁方4×4拉丁方5×5拉丁方第19页,共54页，2024年2月25日，星期天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4

4标准拉丁方：第20页,共54页，2024年2月25日，星期天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第21页,共54页，2024年2月25日，星期天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5×5拉丁方设计，设计步骤如下第22页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法12345123453214512345列随机54213行随机处理随机A=配方5B=配方1C=配方3D=配方4E=配方2第23页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法试验结果配方合计第24页,共54页，2024年2月25日，星期天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：第25页,共54页，2024年2月25日，星期天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第26页,共54页，2024年2月25日，星期天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个第27页,共54页，2024年2月25日，星期天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个对处理平方和进行校正处理平方和校正

=处理平方和-校正值第28页,共54页，2024年2月25日，星期天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。第29页,共54页，2024年2月25日，星期天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第30页,共54页，2024年2月25日，星期天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）正交表第31页,共54页，2024年2月25日，星期天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第32页,共54页，2024年2月25日，星期天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试验的正交设计第33页,共54页，2024年2月25日，星期天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第34页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法正交表第35页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法正交表的交互作用表第36页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法L8(27)表头设计第37页,共54页，2024年2月25日，星期天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。试采用正交设计进行试验。选取正交表L8(27)表头设计为第38页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法试验结果第39页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法方差分析

1.计算平方和与自由度第40页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法第41页,共54页，2024年2月25日，星期天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

第42页,共54页，2024年2月25日，星期天常用畜牧试验设计方法关于正交设计的几点说明在试验前要对可能存在的互作做出准确的判断当每个处理中只有一个试验单元（如上例）时，正交表中必须有空列如果某些列的F值很小，例如小于1，可将它们的平方和及与自由度分别与误差的平方和及自由度合并正交设计可以和随机区组设计相结合一般的正交表中各列的水平数相同，因而只能安排各因子的水平数相等的正交设计第43页,共54页，2024年2月25日，星期天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第44页,共54页，2024年2月25日，星期天抽样方法

抽样方法概率抽样非概率抽样简单随机抽样系统抽样分层抽样整群抽样二级随机抽样方便抽样判断抽样…………第45页,共54页，2024年2月25日，星期天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第46页,共54页，2024年2月25日，星期天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第47页,共54页，2024年2月25日，星期天概率抽样系统抽样（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，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第48页,共54页，2024年2月25日，星期天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