统计学方差分析(1)
统计学方差分析
（1）平方和的计算
C = T2/nk (T为总和，n为处理数，k为重复数) 总平方和SS T = ∑x2–C
处理间平方和SS t= ∑ Ti2– C
处理内平方和SSe ＝SST - SSt
(2)自由度的计算
dfT = nk-1 总自由度dfT
dft = k-1 处理间自由度(dft)
dfe = dfT - dft = k(n-1) 处理内自由度(dfe)
(3) 方差的计算
处理间方差st2 = SSt/ dft
处理内方差se2 = Sse/dfe
(4) 显著性F检验
F = st2 /se2
F ＜ F0.05 P ＞0.05 接受Ho 处理间差异不显著 F ＞ F0.05 P ＜0.05 否定Ho 处理间差异显著 F ＞ F0.01 P ＜0.01 否定Ho 处理间差异极显著
多重比较
最小显著差数法（LSD 法，实质是成组t 检验。
）
在F 检验显著的前提下，先计算出显著水平为α的最小显著差数 LSD α，然后将任意两个处理平均数的差数的绝对值与其比较。
若 |X1-X2| >LSD α 时，则 X1 与 X2在α水平上差异显著；反之，则在α水平上差异不显著。
组内观察次数不等 ()()()1022--∑∑∑=k n n n i i i n 02022 21n s s n s s e x x e x ==-或。
完全随机设计的方差分析(1)
.
21
.
22
方差分析(Analysis of variance，ANOVA)
方差分析的定义
又叫变量分析，是英国著名统计学家R . A . Fisher于20世纪提出的。它是用以检验两个或多个 均数间差异的假设检验方法。它是一类特定情况下 的统计假设检验，或者说是平均数差异显著性检验 的一种引伸。为纪念Fisher，以F命名，故方差分析 又称F检验 。
1.特点 单因素方差分析是按照完全随机设计的原则将处理 因素分为若干个不同的水平，每个水平代表一个样本，只 能分析一个因素对试验结果的影响及作用。其设计简单， 计算方便，应用广泛，是一种常用的分析方法，但其效率 相对较低。该设计中的总变异可以分出两个部分，
•
即SS总＝SS组间＋SS组内。
2.常用符号及其意义
.
29
end
第一节 完全随机设计资料的方差分析
完全随机设计：(completely random design)是采
用完全随机化的分组方法，将全部试验对象分配到g个
处理组（水平组），各组分别接受不同的处理，试验 结束后比较各组均数之间的差别有无统计学意义，推 论处理因素的效应。
.
30
end
第一节 完全随机设计资料的方差分析
离均差平方和 X2
总体方差 样本方差
2 X 2
N
S2XX2X2X2/n
n1
n1
方差—随机变量离散的重要衡量方法
.
13
试验指标（experimental index）： 为衡量试验
结果的好坏和处理效应的高低，在实验中具体 测定的性状或观测的项目称为试验指标。常用 的试验指标有：身高、体重、日增重、酶活性、 DNA含量等等。
统计学之方差分析
使用Python的方差分析库（如SciPy）进行方差分析，如 “scipy.stats.f_oneway()”。
查看结果
Python将输出方差分析的结果，包括F值、p值、效应量等。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
详细描述
独立性检验可以通过卡方检验、相关性检验 等方法进行。如果数据不独立，需要考虑数 据的相关性和因果关系等因素，以避免误导 的分析结果。
06 方差分析的软件实现
SPSS软件实现
导入数据
将数据导入SPSS软件中，选择正确的数 据类型和格式。
查看结果
SPSS将输出方差分析的结果，包括F值、 p值、效应量等。
03 方差分析的步骤
数据准备
01
02
03
收集数据
收集实验或调查所需的数 据，确保数据来源可靠、 准确。
数据筛选
对异常值、缺失值等进行 处理，确保数据质量。
数据分组
根据研究目的，将数据分 成不同的组或处理水平。
建立模型
确定因子
确定影响因变量的自变量或因子。
建立模型
根据因子和因变量的关系，建立合适的方差分析模型。
统计学之方差分析
目 录
• 方差分析简介 • 方差分析的数学原理 • 方差分析的步骤 • 方差分析的应用场景 • 方差分析的注意事项 • 方差分析的软件实现
01 方差分析简介
方差分析的定义
• 方差分析（ANOVA）是一种统计技术，用于比较两个或多个 组（或类别）的平均值差异是否显著。它通过对总体平均值的 假设检验来进行数据分析，以确定不同条件或处理对观测结果 是否有显著影响。
执行方差分析
在SPSS的“分析”菜单中选择“比较均值” 或“一般线性模型”中的“单变量”，然 后选择需要进行方差分析的变量。
统计学中的方差分析方法
统计学中的方差分析方法统计学是现代社会中最重要的学科之一，它基于大量的数据和数学模型，研究人类社会和自然环境中各种现象和规律。
其中，方差分析是统计学中最基本的分析方法之一，它常常被用来分析各种因素对某个变量的影响。
在本文中，我们将详细介绍方差分析方法的基本原理和应用。
一、方差分析的基本原理方差分析是利用方差的性质分析多组数据之间的差异或相似性的方法。
它是以方差分解为基础的，通过对总方差、组间平方和和组内平方和的分解，来度量实验因素对实验变量的影响。
在具体的研究过程中，我们通常将所研究的因素分为不同的组别，并在每个组别中测量实验变量的值，随后运用方差分析方法来分析不同组别之间的差异。
在方差分析中，我们通常采用F检验法来判断差异的显著性。
通过计算F值并与临界值进行比较，得出数据是否符合研究假设的结果。
如果F值大于临界值，则说明差异是显著的，反之则说明差异不显著。
F检验法在实际应用中非常广泛，适用于大多数实验设计和数据类型。
二、方差分析的应用方差分析方法可以用于各种不同类型的数据分析，如一元方差分析、双因素方差分析、三因素方差分析等等。
下面我们将分别介绍它们的应用。
1. 一元方差分析一元方差分析是指只有一个自变量和一个因变量的分析方法，也就是说只有一个因素影响一个变量。
一元方差分析通常用于分析实验组与对照组之间的差异或者不同处理方式对实验结果的影响等。
例如，我们要研究不同肥料对作物产量的影响，我们可以将实验分成几组，每组采用不同的肥料，最后对产量进行测量。
接着通过方差分析法来比较每组之间产量的差异，最后确定哪种肥料更适合提高作物产量。
2. 双因素方差分析双因素方差分析是指有两个自变量和一个因变量的分析方法，也就是说有两个因素对一个变量产生影响。
双因素方差分析通常用于研究两种或多种因素的交互效应。
例如，我们要研究不同机器和不同操作员对产品质量的影响，我们可以先在不同机器上制造同种产品，然后再让不同的操作员进行操作。
统计学方差分析练习题与答案一
（20分）一研究者为了研究市场环境对企业战略行为的影响对MBA学员做了一个模拟实验。
60名学员每人管理一个企业，以利润最大化为目标模拟经营。
模拟一段时间后，市场环境发生变化。
学员随机分为3组，其中第一组为对照组，第二组市场环境转变为恶性竞争，第三组市场环境为合作竞争。
在新环境下继续模拟。
研究者收集了每个学员在市场环境变化前后的市场份额和利润率数据，形成两个分析指标：
Y1: 环境变化后市场份额/环境变化前市场份额*100（Y1=100意味着环境变化前后市场份额无变化）
Y2: 环境变化后利润率/环境变化前利润率*100（Y2=100意味着环境变化前后该企业利润无变化）
然后，对这两个指标做多响应变量方差分析，并做LSD多重均值比较。
研究者还担心MBA学员工作经历不同可能影响分析结果，特别设计了一个反映工作经历的指标EXP，作为协变量。
SPSS输出结果如下。
请回答下列问题：
（1）解释以下各输出图表的含义
（2）从输出结果中你能得出什么结论？。
统计学方差分析
统计学方差分析方差分析（Analysis of Variance，缩写为ANOVA）是一种常用的统计学方法，广泛应用于数据分析中。
它的主要目的是用于比较多个样本群体之间的均值是否存在显著差异。
通过方差分析，可以确定因素对于不同组之间的差异程度有无显著影响。
方差分析的基本原理是将数据进行分解，并据此计算各部分之间的均方差（mean square），然后通过比较这些均方差的比值，得出各部分对总体的贡献程度，并进行显著性检验。
在方差分析中，数据通常被分为几个不同的组别，每个组别称为一个因素（factor）。
每个因素可以有不同的水平（level），例如性别因素可以有男和女两个水平。
而一个水平下的所有观测值构成一个处理（treatment）或条件（condition）。
方差分析的基本模型是一种线性模型，假设因变量与自变量之间存在线性关系。
对于单因素方差分析，它的模型可以表示为：Y=μ+α+ε其中，Y表示因变量，μ表示总体的平均值，α表示组别之间的差异，ε表示组内误差。
方差分析的目标是判断组别之间的差异（α）与组内误差（ε）的比值是否显著。
方差分析的核心思想是通过计算均方差，评估不同因素水平之间的差异是否显著。
均方差是方差与其自由度的比值，用于度量数据的离散程度。
通过计算组间均方差（MSTr）和组内均方差（MSE），我们可以得出F值，进而进行显著性检验。
F值是组间均方差与组内均方差的比值F = (MSTr / dfTr) / (MSE / dfE)其中，dfTr表示组间自由度，dfE表示组内自由度。
在统计学中，F值与显著性水平相关。
当F值大于显著性水平对应的临界值时，我们可以拒绝原假设，认为组别之间存在显著差异。
否则，我们不能拒绝原假设，即组别之间的差异不显著。
方差分析不仅可以应用于单因素情况，还可以扩展到多因素情况。
多因素方差分析可以用于研究多个自变量对因变量的影响，并评估这些自变量之间是否存在交互作用。
统计学中的方差分析方法
统计学中的方差分析方法方差分析（Analysis of Variance，简称ANOVA）是统计学中常用的一种假设检验方法，用于比较两个或更多个样本均值是否存在差异。
它通过分析不同组之间的方差来评估组内和组间的变异情况，进而得出结论。
一、方差分析的基本思想方差分析基于以下两个基本假设：1. 原假设（H0）：各总体均值相等，即样本所来自的总体没有差异；2. 备择假设（H1）：各总体均值不相等，即至少存在一个样本来自于与其他样本不同的总体。
二、一元方差分析（One-way ANOVA）一元方差分析适用于只有一个自变量的情况，它将样本根据自变量分为两个或多个组，然后比较这些组之间的均值差异。
下面以一个简单的案例来说明一元方差分析。
假设我们要研究三种不同肥料对植物生长的影响，我们将随机选取三个试验区，分别施用A、B和C三种不同的肥料，每个试验区都观察到了相应植物的生长情况（例如植物的高度）。
我们的目标是通过方差分析来判断这些不同肥料是否对植物的生长有显著的影响。
在执行一元方差分析之前，我们首先需要验证方差齐性的假设。
如果各组样本的方差相等，我们就可以继续使用方差分析进行比较。
常用的方差齐性检验方法有Bartlett检验和Levene检验。
在通过方差齐性检验后，我们可以进行一元方差分析。
分析结果将提供两个重要的统计量：F值和P值。
F值表示组间均方与组内均方的比值，P值则表示了接受原假设的概率。
如果P值较小，则说明组间的差异是显著的，我们可以拒绝原假设，接受备择假设，即不同肥料对植物生长有显著影响。
三、多元方差分析（Two-way ANOVA）多元方差分析适用于有两个以上自变量的情况，分析对象的均值差异可以归因于两个或多个自变量的相互作用。
这种分析方法常用于研究两个或多个因素对实验结果的影响情况。
以品牌和价格对手机销量的影响为例，我们假设品牌和价格是两个自变量，手机销量是因变量。
我们可以将样本分成不同的组合，比如将不同品牌的手机按不同的价格段进行分类。
统计学中的方差分析
统计学中的方差分析在统计学中，方差分析（Analysis of Variance，简称ANOVA）是一种常用的数据分析方法，用于比较两个或更多个样本均值之间的差异。
它可以帮助研究人员确定这些差异是否是由于随机变异导致的，或者是否存在其他因素对样本均值产生显著影响。
方差分析的基本理念是将总体方差分解为不同来源的方差，以评估各个因素对总体方差的影响程度。
一般情况下，将总体方差分解为组内方差和组间方差两部分。
组内方差反映了同一组内个体之间的差异程度，而组间方差则反映了不同组之间的差异程度。
方差分析的数学模型可以通过以下公式表示：$$Y_{ij} = \mu + \alpha_i + \epsilon_{ij}$$其中，$Y_{ij}$表示第i组中第j个个体的观测值，$\mu$为总体均值，$\alpha_i$为第i组的固定效应，$\epsilon_{ij}$为误差项。
通过方差分析可以检验组间因素（$\alpha_i$）对于总体均值是否具有显著影响。
在进行方差分析之前，需要满足以下几个前提条件：1. 独立性：样本观测值彼此之间应独立，即每个观测值的产生不会受到其他观测值的影响。
2. 正态性：每个组内的观测值应呈正态分布，这样才能保证方差分析的结果准确性。
3. 方差齐性：每个组内的观测值应具有相同的方差，即不同组之间的方差应该相等。
方差分析有两种常见的类型：单因素方差分析和多因素方差分析。
单因素方差分析适用于只有一个自变量（或因素）的情况下，用于比较不同水平（或处理）之间的均值差异。
例如，一个研究人员想要比较不同药物治疗方法对疾病恢复时间的影响，可以使用单因素方差分析。
多因素方差分析适用于具有两个或更多个自变量（或因素）的情况。
它可以帮助研究人员分析多个因素之间的相互作用效应。
例如，一个研究人员想了解不同年龄、性别和教育程度对于工资水平的影响，可以使用多因素方差分析。
方差分析的结果可以通过计算统计量F值来判断不同因素对于总体均值的显著影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
试验设计问题
试验设计模型可以说就是回归模型的一 种。试验设计问题本身有很大一部分是 如何设计试验，使得人们有可能用最少 的资源得到最好的结果。
这里，我们不打算详细讨论如何设计试 验，而把主要精力放在试验设计数据的 方差分析和建立线性模型上。
可编辑ppt
4
方差分析
方差分析（analysis of variance， ANOVA）是分析各个自变量对因变 量影响的一种方法。
ANOVA
WEIGHT
Between Groups Within Groups
Total
Sum of Squares
20538.698
Df Mean Square F Sig. 3 6846.233 157.467 .000
652.159
15
21190.858 18
43.477
该表说明各饲料之间有显著不同.
Mean Lower Bound
Upper Bound
Minim Maxim um um
A 5 133.36 6.80794 3.04460 124.9068 141.8132 125.3 143.1
B 5 152.04 6.95723 3.11137 143.4015 160.6785 143.8 162.7
可编辑ppt
14
方差分析表的说明:
(比较一元总体的) ANOVA
WEIGHT(重量)
Between Groups(处理)
Sum of
Df
Mean
F Sig.
Squares(平方和)
自由 度
Square(均方)
SSB
P-1 MSB=SSB/(p-1)
F=
P(F>Fa)
MSB/MSE
Within Groups
C 5 189.72 6.35035 2.83996 181.8350 197.6050 182.8 198.6
D 4 220.78 6.10594 3.05297 211.0591 230.4909 212.3 225.8
Tot 19 171.52 al
34.31137
7.87157 154.9730
A 133.8
B 151.2
饲料 C
193.4
D 225.8
125.3
149.0
185.3224.6143.1162.7
182.8
220.4
128.9
143.8
188.5
212.3
135.7
153.5
198.6
均值A= 133.36 均值B= 152.04 可编辑p均pt 值C=189.72
均值D= 2920.78
统计学
─从数据到结论
可编辑ppt
1
第九章 方差分析
可编辑ppt
2
试验设计问题
一个养蟹户要遇到许多影响生产的因素 或因子（factor），如水温，饲料， 水质等。
要想稳定高产，就要进行各种因素的不 同水平(level)的搭配（组合）试验。
这里的“水平”就是一个因素可能取的 值。如有三种饲料，那饲料因素就有三 个水平。而如果水温有四种水平，则水 温和饲料就有12种可编辑可ppt 能的搭配。 3
i 1
i 1j 1
其中, SST 有自由度 n-1, SSB有自由度 p-1,
SSE 有自由度 n-p,在正态分布的假设下, 如
果各组增重均值相等(零假设), 则
FMSBSSB/(p1) MSE SSE/(np)
有自由度为 p-1 和n-p 的F 可编辑ppt 分布.
13
由SPSS可以得到方差分析表:
A 133.8
B 151.2
饲料 C
193.4
D 225.8
125.3
149.0
185.3
224.6
143.1
162.7
182.8
220.4
128.9
143.8
188.5
212.3
135.7
153.5
可编辑ppt 198.6
7
SPSS中的 数据形式
可编辑ppt
8
饲料例子(继续):
饲料(fodder)为自变量(单因子),重量 增加(weight) 为因变量(一个数量变 量) (SPSS计算机数据形式有所不同)
可编辑ppt
188.0481 125.3 225.8
10
四种饲料的箱图
240
220
200
180
160
140
120
100
N=
5
A
f odder
8
5
5
B
C
四种饲料的均值图
240
4
220
D
200
180
Me an o f WEI GH T
160
140
120
可编辑ppt
A
B
fodder
C
11
D
线性模型:
m y iji ij, i 1 ,...,p , j 1 ,...,n i
对数据的描述性输出（SPSS）
(ANOVA-CONTRASTS/POST HOC-LSD,T2/OPTION-DES.,HOMO./MEAN PLOT)
Descriptives WEIGHT
N Mean
Std.
Deviation
Std. Error
95% Confidence Interval for
(误差)
Total(总和)
SSE SST
n-p MSE=SSE/(n-p) n-1
这里n 为观测值数目p 为水平数,Fa
满足 P(F>Fa)=a.这是自由度为 p-1
和n-p 的 F-分布的概率 可编辑ppt
15
Test of Homogeneity of Variances (A robust test)
模型中的假定:
m y i1 ,y i2 ,...,y in i N (i, 2 ),i 1 ,...,p
m m 涉及的检验: H : =…= 0 可编辑ppt
1
p12
公式:总平方和=组间平方和+组内平方和
p
p n i
S S T S S B S S E n i(yi y)2 (y ij yi)2
然后用各自变量的贡献和随机误差的贡献进 行比较（F检验），以判断该自变量的不同水 平是否对因变量的变化有显著贡献。输出就
是F-值和检验的一些p-值。
下面看一个例子。
可编辑ppt
6
单因素方差分析回顾
饲料比较数据, n=19头猪, 用p=4种 饲料喂养一段时间后的重量增加问题: 四种饲料是否不同?
Levene Statistic df1 df2 Sig.
这里的自变量就是定性变量的因子及 可能出现的称为协变量（covariate） 的定量变量。
分析结果是由一个方差分析表表示的。
可编辑ppt
5
方差分析
原理为：把因变量的值随着自变量的不同取 值而得到的变化进行分解，使得每一个自变 量都有一份贡献，最后剩下无法用已知的原 因解释的则看成随机误差的贡献。