页数：46页文件大小：229.0 KB来源： 食品试验设计优化ppt课件
本课件说明试验设计的意义、作用与基本概念，介绍试验指标的确定、因素与水平的选择、试验方案的拟定要点；重点阐述试验误差的来源与控制途径，以及重复、随机化与局部控制三项基本原则及其相互关系，为后续正交试验与回归设计打下基础。
第八章试验设计基础
1试验设计概述 1.1试验设计的意义和任务试验设计是数理统计学的一个重要分支，是进行科学研究的重要工具。它域生产实践和科学研究紧密结合，在理论上和方法上不断地丰富和发展，广泛应用于各个领域。在食品生产和科学研究中，为了革新生产工艺，开发新产品，寻求优质、高效、低耗的方法等，经常要进行各种试
试验设计的任务就是以概率论与数理统计知识为理论基础，结合专业知识和实践经验，经济的、科学的、合理地安排试验；有效地控制试验干扰；力求用较少的人力、物力、财力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料；充分利用和科学地分析所获取得试验信息，从而达到能明确回答研究项目所提出
1.2试验设计的作用
2试验设计的基本概念在试验设计中，根据试验的目的而选定的用来衡量试验结果好坏或处理效应高低的质量指标称为试验指标。由于试验目的不同，选择的试验指标亦不相同。试验指标可分为定量指标和定性指标两类。能用数量表示的指标称为定量指标或数量指标。不能用数量表示的
试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素，都称为因素，因子。试验中所研究的影响试验指标的因素叫试验因素。试验因素常用大写字母A、B、C、…等表示。把除试验因素以外的其它所有对试验指标有影响的因素统称为条件因素，又称试验条件（expermental conditions）
试验因素所处的各种状态或数量等级称为因素水平，简称水平。在试验设计中，1个因素选几个水平，就称该因素为几水平因素。如微生物的培养温度A（℃）设计30，40，50三个级别，培养温度为3水平因素；培养时间B（min）设置20，40，60，80四个水平，培养时间为4水平因素。如比较3
事先设计好的实施在试验单元上的具体措施叫试验处理，简称处理。单因素试验时，试验因素的一个水平就是1个处理。多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干个水平组合（处理），每个水平组合就是1个处理。处理的多少等于参试各因素水平的乘积。如3因素3水平试验共有3×3×3=27个处理。（4）试验处理（
在试验中接受不同试验处理的试验载体叫试验单位。在畜禽、水产试验中，一只家禽、一头家畜、一只小白鼠、一尾鱼，即一个动物；或几只家禽、几头家畜、几只小白鼠、几尾鱼，即一组动物都可作为试验单位。1个苹果、1听罐头、几袋面粉等。试验单位往往也是观测数据的单位。（5）试验单位（元）（experimental unit）
**试验计划与方案1.试验计划的内容及要求进行任何一项科学试验，在试验前必须制定一个科学的、全面的试验计划，以便使该项研究工作能够顺利开展，从而保证试验任务的完成。试验计划的内容一般应包括以下几个方面： **选讲内容
（1）课题选择与试验目的科研课题的选择是整个研究工作的第一步。课题选择正确，此项研究工作就有了很好的开端。一般来说，试验课题通常来自两个方面。一是国家或企业指定的试验课题，这些试验课题不仅确定了科研选题的方向，而且也为研究人员选题提供了依据，并以此为基础提出最终的目标和题目。
研究人员自选课题时，首先应该明确为什么要进行这项科学研究，也就是说，应明确研究的目的是什么，解决什么问题，以及在科研和生产中的作用、效果如何等。
选题时应注意以下几点：
（2）研究依据、内容及预期达到的经济技术指标课题确定后，通过查阅国内外有关文献资料，明确项目的研究意义和应用前景，国内外在该领域的研究概况、水平和发展趋势，理论依据、特色与创新之处；明确项目的具体研究内容和重点解决的问题，以及取得成果后的应用推广计划，预期达到的经济技
（3）试验方案和试验设计方法试验方案是全部试验工作的核心部分，主要包括研究的因素、水平的确定等。方案确定后，结合试验条件选择合适的试验设计方法
（6）试验结果分析与效益估算试验结束后，对各阶段取得的资料要进行整理与分析，所以应明确采用统计分析的方法，如t检验，方差分析、回归与相关分析。如果试验效果显著，同时应计算经济效益。
（9）研究人员分工一般分为主持人、主研人、参加人。在有条件的情况下，应以学历、职称较高并有丰富专业知识和实践经验的人员担任主持人或主研人，高、中、初级专业人员相结合，老、中、青相结合，使年限较长的研究项目能够后继有人，保持试验的连续性、稳定性和完整性。（10）试验的时间，地点和工作人员
（11）成果鉴定及撰写学术论文这是整个研究工作的最后阶段，凡属国家课题应召开鉴定会议，由同行专家作出评价。个人选择课题可以撰写学术论文发表自己的研究成果，根据试验结果作出理论分析，阐明事物在内在规律，并提出自己的见解和新的学术观点。一些重要的个人研究成果，也可以申请相关部门鉴定和国家专利。
2试验方案的拟定（1）试验方案的基本概念试验方案（experimental scheme）是指根据试验目的与要求而拟定的进行比较的一组试验处理的总称。试验方案是整个试验工作的核心部分，因此，须周密考虑，慎重拟定。试验方案按供试因素的多少可区分为单因素试验方案、多因素试验方案。
完全方案在列出因素水平组合（即处理）时，要求每一个因素的每个水平都要碰见一次，这时，水平组合（即处理）数等于各个因素水平数的乘积。例如以3种饲料配方对3个品种肉鸭进行试验。两个因素分别为饲料配方（A）、品种（B）。饲料配方（A）分为A1、A2、A3水平，
根据完全试验方案进行的试验称为全面试验。全面试验既能考察试验因素对试验指标的影响，也能考察因素间的交互作用，并能选出最优水平组合，从而能充分揭示事物的内部规律。多因素全面试验的效率高于多个单因素试验的效率。全面试验的主要不足是，当因素个数和水平数较
（2）不完全方案它是将试验因素的某些水平组合在一起形成少数几个水平组合。这种试验方案的目的在于探讨试验因素中某些水平组合的综合作用，而不在于考察试验因素对试验指标的影响和交互作用。这种在全部水平组合中挑选部分水平组合获得的方案称为不完全方案。根据不完全方案进行的试验称为部分试验
综合性试验是针对起主导作用且相互关系已基本清楚的因素设置的试验，它的水平组合就是一系列经过实践初步证实的优良水平的配套。正交试验是在全部水平组合中选出有代表性的部分水平组合设置的试验，具体内容见第八节。
（2）拟定试验方案的要点1、根据试验的目的、任务和条件挑选试验因素拟定方案时，在正确掌握生产中存在的问题后，对试验目的、任务进行仔细分析，抓住关键，突出重点。首先要挑选对试验指标影响较大的关键因素。若只考察一个因素，则可采用单因素试验。若是考察两
或设置几个添加不同剂量微量元素的处理和一个不添加微量元素的对照，得到一个包含多个处理的单因素试验方案。进行微量元素不同添加剂量与不同品种猪的饲养试验，则安排一个二因素试验方案。应该注意，一个试验中研究的因素不宜过多，否则处理数太多，试验过于宠大，
（3）试验方案中各因素水平的排列要灵活掌握一般可采用等差法（即等间距法）、等比法和随机法3种。我们结合肉牛埋植玉米赤霉醇为例说明。等差法是指各相邻两个水平数量之差相等，如赋形剂（不含玉米赤霉醇）各水平的排列为：10mg、20mg、30
随机法是指因素各水平随机排列，如赋形剂各水平排列为15mg、10mg、40mg、30mg各水平的数量无一定关系。3、试验方案中必须设立作为比较标准的对照动物试验的目的就是通过比较来鉴别处理效应大小、好坏等。为了达到这一目的，试验方案应当包括各试验处理，以及作为比较的对照。
各个处理可互为对照，不必再设对照。在对某种动物作生理生化指标检验时，所得数据是否异常应与动物的正常值作比较，动物的正常值就是所谓的标准对照。在杂交试验中，要确定杂交优势的大小，必须以亲本作对照，这就是试验对照。另外，还有一种自身对照，即处理与对照在同一动物上进行，
4、试验处理（包括对照）之间应遵循唯一差异原则这是指在进行处理间比较时，除了试验处理不同外，其它所有条件应当尽量一致或相同，使其具有可比性，才能使处理间的比较结果可靠。
3试验设计的基本原则3.1试验误差的来源（1）试验误差在科学研究中，试验处理常常受到各种非处理因素的影响，使试验处理的效应不能真实地反映出来，也就是说，试验所得到的观测值，不但有处理的真实效应，而且还包含其它因素的影响，这就
系统误差影响试验的准确性，随机误差影响试验的精确性。为了提高试验的准确性与精确性，即提高试验的正确性，必须避免系统误差，降低随机误差。为了有效地避免系统误差，降低随机误差，必须了解试验误差的来源。试验误差的主要来源有：试验材料、测试方法、
3.2试验设计的基本原则统计学上通过合理的试验设计既能获得试验处理效应与试验误差的无偏估计，也能控制和降低随机误差，提高试验的精确性。在试验设计时必须遵循3个基本原则－重复、随机化、局部控制。
（1）重复原则重复是指在试验中每种处理至少实施两次以上。重复试验是估计和减少随机误差的基本手段。设置重复的主要作用在于估计试验误差和降低试验误差。由于随机误差是客观存在的和不可避免的，如果一个处理只实施一次，那么只能得到一个观测值，则无法估计出随机误差的大小。只有在同一条件下重复试验，获得两
在前章内容中讲到，样本标准误与标准差的关系是即平均数抽样误差的大小与重复次数的平方根成反比，故重复次数多可以降低试验误差。但在实际应用时，重复数太多，试验材料、仪器设备、操作等试验条件不易控制一致，反而会增大试验误差。为避免这一问题，可在“局部控制原则
随机化原则，就是在试验中，每一个组合处理及其每一个重复都有同等机会被安排在某一特定空间和时间微环境中，以消除某些组合处理或重复可能占有的“优势”或“劣势”，保证试验条件在空间和时间上的均匀性。随机化可使系统误差转化为随机误差，从而可正确、无偏地估计试验误差，并可保证试验数据的独立
在试验中，当试验环境或试验单元差异较大时，仅根据重复和随机化两原则进行设计不能将试验环境或试验单位差异所引起的变异从试验误差中分离出来，因而试验误差大，试验的精确性与检验的灵敏度低。为解决这一问题，在试验环境或试验单位差异大的情况下，
单位组（区组）之间的差异可在方差分析时从试验误差中分离出来。所以，局部控制能较好地降低试验误差。重复、随机化、局部控制称为费雪（R.A.Fisher）三原则，是试验设计中必须遵循的原则。试验设计三原则的关系和作用见图9-1所示。
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提高试验准确性和精确性，保证统计推断的可靠性随机化排列设置重复局部控制消除系统误差，无偏估计试验误差估计和降低随机误差与随机化相结合，分离系统误差，降低随机误差试验设计三原则关系
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