chap33均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn).ppt

Chap33Chap33 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn) P303310 P303310 3hr3hr 均勻設(shè)計(jì)(uniform design)： 由中國(guó)數(shù)學(xué)家 方開(kāi)泰和王元于1978年首次提出的多因素多水 平設(shè)計(jì)。最初應(yīng)用于我國(guó)導(dǎo)彈設(shè)計(jì)，推廣應(yīng)用 于醫(yī)藥、化工、生物、紡織、電子、軍事工程 等諸多領(lǐng)域中。 m因素k水平設(shè)計(jì) 析因設(shè)計(jì)（交叉組）：全面試驗(yàn)、工作量大。N=km 正交設(shè)計(jì)Ln(km)：部分實(shí)施、整齊可比。 N=（k-1)m+1 N=rk2 均勻設(shè)計(jì) ：部分實(shí)施、均勻分散。N=q 均勻設(shè)計(jì)：水平數(shù)q相同。 混合水平均勻設(shè)計(jì)： q不同。 L9(34)：9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的分布。 9 9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布于整個(gè)立方體內(nèi)個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布于整個(gè)立方體內(nèi) ，有很強(qiáng)的代表性，有很強(qiáng)的代表性 ， 能能 夠夠 比較全面地反映選優(yōu)區(qū)內(nèi)的基本情況。比較全面地反映選優(yōu)區(qū)內(nèi)的基本情況。 日本著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一將正交試驗(yàn)選擇的水平組合列成表 格，稱為正交表。 圖圖10-110-1 1 1 概述 概述 一、基本思路與特點(diǎn)一、基本思路與特點(diǎn) 基本思路基本思路：試驗(yàn)點(diǎn)充分均勻分散、舍棄整齊可比以減少試驗(yàn)次數(shù)。 1.試驗(yàn)點(diǎn)分布均勻分散。 2.各因素每個(gè)水平只試驗(yàn)1次。 3.試驗(yàn)方案數(shù)等于水平數(shù)。 4.試驗(yàn)結(jié)果采用多元回歸分析。 ABCD4因素10水平： m4k10 析因：N=km10000次 正交：m11：空白、A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD。 N=（k-1)m+1(10-1)11+1=100, N=rk2=r102=r100 均勻：N=q=10 二、應(yīng)用范圍二、應(yīng)用范圍 1.多因素且水平數(shù)5。 2.被試因素與混雜因素易于控制：小動(dòng)物多因素多水平，不適于臨床療效研究。 2 2 工具表 工具表 一、均勻設(shè)計(jì)表一、均勻設(shè)計(jì)表 二、使用表二、使用表 每個(gè)均勻設(shè)計(jì)表都附有使用表，指示我們?nèi)绾螐?設(shè)計(jì)表中選用適當(dāng)?shù)牧?，以及由這些列所組成的試 驗(yàn)方案的偏差。偏差度D小表示均勻性好。 由于列間的相關(guān)性，最多安排的因素?cái)?shù)為 3因素7水平設(shè)計(jì),帶的設(shè)計(jì)偏差小均勻性好。 3因素9水平較7水平設(shè)計(jì)的偏差小均勻性好。 3 3 設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)步驟 一、基本步驟一、基本步驟 1.精選考察因素：影響結(jié)果、水平未定。 2.確定因素水平：預(yù)試、文獻(xiàn)、經(jīng)驗(yàn)、可行、等距。 3.選定均勻設(shè)計(jì)表均勻設(shè)計(jì)表：偏差度D小。 4.確定試驗(yàn)方案：因素與水平按設(shè)計(jì)表和使用表入座。 二、注意事項(xiàng)二、注意事項(xiàng) 1.確保試驗(yàn)條件可比。 2.因素與水平數(shù)合理：最佳組合驗(yàn)證試驗(yàn)。 水平數(shù)2倍因素?cái)?shù)，才能使結(jié)果正確進(jìn)行回歸分析。 3.適當(dāng)重復(fù)：重現(xiàn)性可靠性。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 在阿魏酸的合成工藝考察中，為了提高產(chǎn)量，選 取了原料配比(A)、吡啶量(B)和反應(yīng)時(shí)間(C)3個(gè)因素 ，它們各取了7個(gè)水平如下： 原料配比（A）：1.0，1.4，1.8，2.2，2.6，3.0，3.4 吡啶量（B）(ml)：10，13，16，19，22，25，28 反應(yīng)時(shí)間（C）(h)：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 7個(gè)水平，需要安排7次試驗(yàn)，根據(jù)因素和水平，我們可 以選用U7*(74)完成該試驗(yàn)（P305-3）。 制備阿魏酸的試驗(yàn)方案U7 *(74)和結(jié)果 P308表33-3誤用不帶*的表！ 試驗(yàn) 號(hào) 原料配比 （A） 吡啶量 （B） 反應(yīng)時(shí) 間 （C） 收率 Y 11.8（3）22（5） 3.5（7）0.330 23.0（6）13（2） 3.0（6）0.336 31.0（1）28（7） 2.5（5）0.294 42.2（4）19（4） 2.0（4）0.476 53.4（7）10（1） 1.5（3）0.209 61.4（2）25（6） 1.0（2）0.451 72.6（5）16（3） 0.5（1）0.482 原料配比（A）：1.0，1.4，1.8，2.2，2.6，3.0，3.4 吡啶量（B）(ml)：10，13，16，19，22，25，28 反應(yīng)時(shí)間（C）(h)：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 4 4 資料分析 資料分析 原則：原則：無(wú)交互作用無(wú)交互作用線性回歸。 有交互作用 有交互作用二次回歸。 程序：確定回歸方程確定優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。 一、一、線性回歸分析：P307 表33-2 【SPSS操作】L33-1 Analyze Regression（回歸） Linear（線性回歸），Y進(jìn)Dependent、X1、X2、 X3進(jìn)IndependentOK ANOVAb Model Sum of Squaresdf Mean SquareFSig. 1Regression .0152.007.613.586a Residual .0494.012 Total .0646 Coefficientsa Model Unstandardized Coefficients Standard ized Coefficie nts tSig. B Std. ErrorBeta 1(Consta nt).376.1532.459.070 X2 .004.007.268.606.577 X3 -.042.042-.444 - 1.004 .372 制備阿魏酸的試驗(yàn)方案U7 *(74)和結(jié)果 試驗(yàn) 號(hào) 原料配比 （A） 吡啶量 （B） 反應(yīng)時(shí) 間 （C） 收率 Y 11.8（3）22（5） 3.5（7）0.330 23.0（6）13（2） 3.0（6）0.336 31.0（1）28（7） 2.5（5）0.294 42.2（4）19（4） 2.0（4）0.476 53.4（7）10（1） 1.5（3）0.209 61.4（2）25（6） 1.0（2）0.451 72.6（5）16（3） 0.5（1）0.482 二、二、二次回歸分析：P308 表33-3 原料配比（A）：1.0，1.4，1.8，2.2，2.6，3.0，3.4 吡啶量（B）(ml)：10，13，16，19，22，25，28 反應(yīng)時(shí)間（C）(h)：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 【SPSS操作】L33-2先計(jì)算一級(jí)交互作用項(xiàng)：Transform Compute，輸x11，計(jì)算x1* x1 OK； Transform Compute，輸x12，計(jì)算x1* x2 OK；余類推。 Analyze Regression（回歸）Linear（線性回歸），Y 進(jìn)Dependent、全部X進(jìn)Independent StatisticStatistic， Confidence intervalsConfidence intervals、 CollinearityCollinearity diagnostics diagnostics、 CasewiseCasewise diagnostics diagnostics， ContinueContinue OK 回歸無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，各X不進(jìn)方程，說(shuō)明也不存在二次回歸。 應(yīng)在各邊界值附近布點(diǎn)擴(kuò)大試驗(yàn)最佳組合驗(yàn)證試驗(yàn)。 5 5 混合水平均勻設(shè)計(jì) 混合水平均勻設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)表一、設(shè)計(jì)表 1.兩因素： 2.三因素： 二、設(shè)計(jì)步驟與分析二、設(shè)計(jì)步驟與分析 1.精選23因素。 2.確定各因素水平數(shù)。 3.選擇設(shè)計(jì)表：D最小回歸分析。 思考題思考題 n n 1 1均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是全面試驗(yàn)、整齊可比、均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是全面試驗(yàn)、整齊可比、 均勻分散、試驗(yàn)數(shù)少。（均勻分散、試驗(yàn)數(shù)少。（ ） 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是部分試驗(yàn)、均勻分散、試驗(yàn)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是部分試驗(yàn)、均勻分散、試驗(yàn) 數(shù)少。數(shù)少。 n n 2 2均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方案數(shù)等于因素?cái)?shù)。（均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方案數(shù)等于因素?cái)?shù)。（ ） 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方案數(shù)等于水平數(shù)。均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方案數(shù)等于水平數(shù)。 n n 3 3均勻設(shè)計(jì)表均勻設(shè)計(jì)表U U的右上角有的右上角有* *的設(shè)計(jì)表較無(wú)的設(shè)計(jì)表較無(wú)* *的設(shè)計(jì)表的設(shè)計(jì)表 偏差度大、均勻性好、可安排的試驗(yàn)因素?cái)?shù)多。（偏差度大、均勻性好、可安排的試驗(yàn)因素?cái)?shù)多。（ ） 均勻設(shè)計(jì)表均勻設(shè)計(jì)表U U的右上角有的右上角有* *的設(shè)計(jì)表較無(wú)的設(shè)計(jì)表較無(wú)* *的設(shè)計(jì)表偏差的設(shè)計(jì)表偏差 度小、均勻性好、可安排的試驗(yàn)因素?cái)?shù)少。度小、均勻性好、可安排的試驗(yàn)因素?cái)?shù)少。 n n 4 4均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)忽略混雜因素的影響，因此應(yīng)切實(shí)保均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)忽略混雜因素的影響，因此應(yīng)切實(shí)保 證試驗(yàn)條件的可比性。（證試驗(yàn)條件的可比性。（ ） 5 5簡(jiǎn)述均勻設(shè)計(jì)的基本步驟與資料分析程序（簡(jiǎn)述均勻設(shè)計(jì)的基本步驟與資料分析程序（5 5分）。分）。 6 6在阿魏酸的合成工藝考察中，為了提高產(chǎn)量，選取了在阿魏酸的合成工藝考察中，為了提高產(chǎn)量，選取了 如下因素及其水平，如果采取均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，最理想如下因素及其水平，如果采取均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，最理想 的設(shè)計(jì)表是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定試驗(yàn)的設(shè)計(jì)表是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定試驗(yàn) 方案（方案（5 5分）。分）。 原料配比（原料配比（A A）：）：1.01.0，1.41.4，1.81.8，2.22.2，2.62.6，3.03.0，3.43.4 吡啶量（吡啶量（B B）(ml)(ml)：1010，1313，1616，1919，2222，2525，2828 反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（C C）(h)(h)：0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.02.0，2.52.5，3.03.0，3.53.5 7 7簡(jiǎn)述均勻設(shè)計(jì)的基本思路與主要特點(diǎn)（簡(jiǎn)述均勻設(shè)計(jì)的基本思路與主要特點(diǎn)（5 5分）。分）。 8 8在中藥白術(shù)的提煉工藝中，為了提高白術(shù)的出膏率在中藥白術(shù)的提煉工藝中，為了提高白術(shù)的出膏率 ，選取了如下因素及其水平，為減少試驗(yàn)次數(shù)，最理，選取了如下因素及其水平，為減少試驗(yàn)次數(shù)，最理 想的設(shè)計(jì)方案是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定想的設(shè)計(jì)方案是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定 試驗(yàn)方案，根據(jù)試驗(yàn)方案，根據(jù)SPSSSPSS對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的輸出對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的輸出 表格，估計(jì)本資料所給的因素及其水平范圍的最優(yōu)試表格，估計(jì)本資料所給的因素及其水平范圍的最優(yōu)試 驗(yàn)方案（驗(yàn)方案（1010分）。分）。 n n X1X1乙醇濃度（乙醇濃度（%）：）： 1010，3030，5050，7070，9090 n n X2X2浸泡時(shí)間（浸泡時(shí)間（h h）： ）： 1212，1515，1818， 2121，2424 n n X3X3乙醇用量（乙醇用量（mlml）：）： 400400，450450，500500，550550，600600 Coefficientsa Model Unstandardized Coefficients Standardized Coefficients tSig. BStd. ErrorBeta 1(Constant) 15.0201.31711.406.056 x1 -.096.008-.955-12.394.051 x2 -.040.060-.060-.671.624 x3 -.005.003-.129-1.678.342 a. Dependent Variable: y 9 9在合成甲硝唑的工藝中，為了提高收率，選取了如下因在合成甲硝唑的工藝中，為了提高收率，選取了如下因 素及其水平，采用擬水平法將所取素及其水平，采用擬水平法將所取3 3個(gè)水平均重復(fù)使用個(gè)水平均重復(fù)使用3 3 次構(gòu)成次構(gòu)成3 3因素因素9 9水平。為減少試驗(yàn)次數(shù)，最理想的設(shè)計(jì)方水平。為減少試驗(yàn)次數(shù)，最理想的設(shè)計(jì)方 案是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定試驗(yàn)方案，根案是什么？請(qǐng)根據(jù)其設(shè)計(jì)表和使用表確定試驗(yàn)方案，根 據(jù)據(jù)SPSSSPSS對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的輸出表格，估計(jì)本資對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的輸出表格，估計(jì)本資 料所給的因素及其水平范圍的最優(yōu)試驗(yàn)方案（料所給的因素及其水平范圍的最優(yōu)試驗(yàn)方案（1515分）。分）。 X1X1發(fā)煙硫酸發(fā)煙硫酸SO3SO3（%）：）：5 5，5 5，5 5，1010，1010，1010，1515，1515，1515 X2X2反應(yīng)溫度（反應(yīng)溫度（）：）： 5 5，5 5，5 5，1010，1010，1010，1515，1515，1515 X3X3配料比配料比（nB/nAnB/nA）：）：2.02.0，2.02.0，2.02.0，2.52.5，2.52.5，2.52.5，3.03.0，3.03.0，3.03.0 Coefficientsa Model Unstandardized Coefficients Standardized Coefficients tSig. BStd. ErrorBeta 1(Constant) 71.1735.708 12.469.000 x1.900.197.8204.574.006 x2-.448.197-.408-2.277.072 x3.0201.967.002.010.992 a. Dependent Variable: y 選擇題（1分/題） 1均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)最突出的特點(diǎn)是（D） A整體考慮、全面試驗(yàn)。B部分試驗(yàn)、整齊可比。C均勻分散、全面試驗(yàn)。 D均勻分散、試驗(yàn)數(shù)少。E均勻分散、整齊可比。 2最適于均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的醫(yī)藥科研類別是（A） A純系小白鼠試驗(yàn)。B純色小白兔試驗(yàn)。C健康人群試驗(yàn)。D臨床療效研 究。E病例對(duì)照調(diào)查。 3下列描述中錯(cuò)誤的是（C） A均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)適用于多因素多水平研究。B均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方案數(shù)就是水 平數(shù)。C驗(yàn)證試驗(yàn)是因?yàn)橛媒y(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算出的最佳條件并不可信。D均 勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)有利于考察混雜因素的影響。E若計(jì)算出最佳條件處于上下邊界 值時(shí)應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍。 4均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)不強(qiáng)調(diào)（A） A整齊可比。B部分試驗(yàn)。C均勻分散。D試驗(yàn)數(shù)少。E偏差度小。 5均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)最適于（E） A單因素單水平設(shè)計(jì)。B單因素兩水平設(shè)計(jì)。C單因素多水平設(shè)計(jì)。D多 因素單水平設(shè)計(jì)。E多因素多水平設(shè)計(jì)。 6為了使均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果正確進(jìn)行回歸分析，因素的水平數(shù)應(yīng)當(dāng)（D） A因素?cái)?shù)。B因素?cái)?shù)。C1倍因素?cái)?shù)。D2倍因素?cái)?shù)。E20倍 因素?cái)?shù) 7均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平數(shù)的確定方法不包括（E） A根據(jù)預(yù)試驗(yàn)。B根據(jù)文獻(xiàn)資料。C根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。D考慮可行性。E考慮 不等距 委員批科研基金項(xiàng)目公關(guān)委員批科研基金項(xiàng)目公關(guān)“ “逼良為娼逼良為娼“:“:年輕人學(xué)壞年輕人學(xué)壞 來(lái)源：來(lái)源：人民網(wǎng)人民網(wǎng) 20112011年年0303月月1313日日08:308:3 清華大學(xué)教授、全國(guó)政協(xié)委員邢新會(huì)：“如果評(píng)審都沒(méi)有自律 性，評(píng)審就沒(méi)有意義了，都是游戲。”邢新會(huì)委員說(shuō)。有時(shí)剛剛得 知自己是某個(gè)項(xiàng)目的評(píng)審專家，各種各樣的“溝通電話”就隨之而 來(lái)。甚至，他還沒(méi)有接到正式通知，有的項(xiàng)目申請(qǐng)人就給他打來(lái) 了電話。 “只要是有評(píng)審性質(zhì)的項(xiàng)目，公關(guān)都很厲害?！?因?yàn)樵u(píng)審 專家名單是保密的，為了搞到這份名單，不少學(xué)校都要?jiǎng)佑么罅?的人力物力。為了拿下一個(gè)博士點(diǎn)，學(xué)校給的經(jīng)費(fèi)是100萬(wàn)元。 南京大學(xué)教授高抒：每年一到評(píng)審季節(jié)，有很多人來(lái)送錢、送物 。 邵國(guó)培委員建議，大幅減少科技獎(jiǎng)勵(lì)種類和數(shù)量，取消二等和 三等獎(jiǎng)，取消大部分政府獎(jiǎng)和部門獎(jiǎng)。 全國(guó)政協(xié)委員、海軍信息化專家咨詢委員會(huì)主任尹卓交了一份提 案：廢止國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)！各級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)已經(jīng)“太多、太濫”了 。現(xiàn)在有一種“逼良為娼”的功利主義傾向，很多年輕人來(lái)了一兩 天就學(xué)“壞”了，滿腦子都是干“快”活兒，甚至不惜造假，這才是 最危險(xiǎn)的。 煙草研究院副院長(zhǎng)任工程院院士 被稱科學(xué)界恥辱 京華時(shí)報(bào)2011-12-09 中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院副院長(zhǎng)謝劍平： 1959年出生于江蘇常州，23歲 畢業(yè)于南京師范大學(xué)化學(xué)系，工程院環(huán)境與輕紡工程學(xué)部院士。當(dāng)選院士前，謝 劍平已三度獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，早在19年前，他已成為“煙草系統(tǒng)有突出貢 獻(xiàn)專家”，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。該院名譽(yù)院長(zhǎng)、92歲的朱尊權(quán)院士，此前 我國(guó)煙草行業(yè)唯一院士，也是謝劍平的導(dǎo)師。 謝劍平的主攻方向是卷煙“減害降焦”研究，探索有中國(guó)特色的卷煙“減害降焦”法 ，并引入中草藥，選擇性降低煙氣有害成分，研制開(kāi)發(fā)“神農(nóng)萃取液”。 國(guó)家控?zé)熮k主任楊功煥：卷煙減害是“偽命題”，不僅不可能實(shí)現(xiàn)，還誤導(dǎo)公眾， 變相推銷。方舟子：“降焦本來(lái)就夠騙人的了，這中草藥減害就更害人了”。 世界衛(wèi)生組織煙草控制框架公約：“煙草制品使用低焦油等詞語(yǔ)屬于虛假、 誤導(dǎo)、欺騙。吸極低焦油、低焦油卷煙患肺癌死亡的風(fēng)險(xiǎn)和中度焦油卷煙一樣” 。 王克安（新探健康發(fā)展研究中心主任、原中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)）：“這是個(gè)偽 命題，降焦根本不能減害，是全世界已認(rèn)同的科學(xué)道理”。 中國(guó)大陸科學(xué)及學(xué)術(shù)界的“恥辱”，玷污的是科學(xué)及學(xué)術(shù)的精神，是當(dāng)代中國(guó)大陸 文明信仰缺失和價(jià)值觀混亂的產(chǎn)物。 工程院副院長(zhǎng)旭日干：“所說(shuō)的是不是這回事，我不清楚”。他同時(shí)認(rèn)為，當(dāng)選不 是一票兩票，而是那么多院士一起投票選出來(lái)的，“總是有道理的”。