实验设计DOE的基本原理

一、实验设计的概念、特点和分类

1、实验设计的概念

将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组，观察比较不同处理的效应，这种研究称为“实验研究”、“实验设计”是为实验研究做的周密计划。

2、实验研究的特点

（1）能有效地控制误差，节省人、财、物力，提高效率。

（2）研究者能人为地设置处理因素。

（3）受试对象接受何种处理及处理因素的水平是随机分配的。

3、实验研究的分类

（1）动物实验：在动物身上进行的实验研究。

（2）临床实验：在临床患病人群中进行的试验研究。

（3）社区干预实验：在某地区所有人群中进行的试验研究。

二、实验设计的基本要素

1、处理因素

又称研究因素，一般是外部施加的因素，确定处理因素时应注意：

（1）抓住实（试）验中的主要因素。

（2）确定和控制非处理因素。

（3）处理因素要标准化。

2、受试对象

即研究的对象，一般有人和动物两类。

人的选择：要注意病人和正常人的正确区分，诊断要明确，受试对象依从性要好等。

动物选择：注意所选动物的种类、品系、年龄、性别、窝别、体重等。

3、实验效应

即处理因素的效果，应注意：

（1）正确选用观察指标来反映实验效应。所选指标要灵敏、精确、客观，最好选用定量指标。

（2）指标观察时应避免偏性，可采用盲法。

三、实验设计的基本原则

1、对照原则：即实（试）验要设立对照，使得除实验因素外，对照组与实验组其余因素保持一致，常用的对照有：空白对照、安慰剂对照、标准对照、实验对照、自身对照和历史对照等。

2、重复原则：即研究对象要有一定的数量，或者说样本含量应足够。根据每个具体研究，可有不同的方法来进行样本含量估计。

3、随机化原则：即应保证每个实验对象都有同等机会进入实验或接受某种处理。常用方法有查随机数字表和随机排列表等。随机化是保证均衡性的重要手段。

4、均衡原则：即各处理组非实验因素的条件基本一致，以消除其影响。

四、常用的实验设计方法

1、完全随机设计

将实验对象随机分配至两个或多个处理组去进行实验观察，又称单因素设计、成组设计。

优点：操作简单、应用广泛。

缺点：效率低，只能分析单因素的效应。

资料处理方法：t，u检验，方差分析、秩和检验、卡方检验等。

2、配对（伍）设计

将受试对象配成对子或配伍组，以消除非实验因素的影响。配伍设计又称随机区组设计。配对有自身配对和不同个体配对，配伍实际上是配对的推广。

优点：所需样本数和效率均高于成组设计，而且很好地控制了混杂因素的作用。

缺点：配对条件不宜满足。

资料处理方法：配对t, u检验，秩和检验、配伍组方差分析、配对四格表卡方检验等。

3、其它实验设计方法：

（1）交叉设计：在配对设计基础上再加入时间因素，可分析不同阶段的效应。

（2）析因设计、拉丁方设计和正交设计等。