生物统计与试验设计——兽医本科专业.ppt

生物统计 与 试验设计 目目 录录绪论绪论 畜牧统计学的概念与功能畜牧统计学的概念与功能 畜牧统计学的特点畜牧统计学的特点 常用统计术语常用统计术语资料的整理与基本分析资料的整理与基本分析 资料的采集与核对资料的采集与核对 资料的整理资料的整理 常用统计图表常用统计图表 平均数平均数 变异数变异数 正常值范围的确定正常值范围的确定分布与统计推断分布与统计推断 正态分布正态分布 二项分布与泊松分布二项分布与泊松分布 样本平均数的抽样分布样本平均数的抽样分布 2分布、分布、t分布和分布和F分布分布 统计推断的意义和原理统计推断的意义和原理 参数估计参数估计均数差异显著性检验均数差异显著性检验 单个平均数的假设检验单个平均数的假设检验 成组资料的两个平均数的假设检验成组资料的两个平均数的假设检验 配对资料两平均数检验配对资料两平均数检验 率的假设检验率的假设检验方差分析方差分析 基本假定和数据转换基本假定和数据转换 完全随机设计资料的方差分析完全随机设计资料的方差分析 随机区组设计资料的方差分析随机区组设计资料的方差分析 析因设计资料的方差分析析因设计资料的方差分析 系统分组设计资料的方差分析系统分组设计资料的方差分析2 2检验检验 2检验的原理检验的原理 适合性检验适合性检验 独立性检验独立性检验相关与回归分析相关与回归分析 简单相关简单相关 直线回归直线回归 曲线回归曲线回归 多元线性回归分析多元线性回归分析抽样调查抽样调查 抽样调查的基本概念和意义抽样调查的基本概念和意义 抽样方案的制订抽样方案的制订 抽样调查的方法抽样调查的方法 抽样规模的确定抽样规模的确定试验设计试验设计 试验设计的原则与注意问题试验设计的原则与注意问题 单因素试验设计单因素试验设计 多因素试验设计多因素试验设计参考书目参考书目附表附表使用教材：使用教材：生物统计学生物统计学张勤张勤中国农业大学出版社，北京中国农业大学出版社，北京2008年年2月月参考书目参考书目Dunn O J and V A Clark.Applied Statistics：Analysis of Variance and Regression,2nd Edition.John Wiley&Sons,Inc.1987Gerry P Q Michael J K著著.蒋志刚，李春旺，曾岩蒋志刚，李春旺，曾岩主译主译.生物试验设计与数据分析生物试验设计与数据分析.北京：高等教北京：高等教育出版社育出版社 2003Glover T&K Mitchell.An Introduction to Biostatistics.北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，2001.麦麦格劳格劳-希尔（希尔（McGraw-Hill）教育出版集团）教育出版集团 2001Petrie A P Watson.Statistics for Veterinary and Animal Science.Blackwell Science Ltd Oxford 1999Snedecor G W and W G Cocheran.Statistics Methods.7th Edition,Ames,Iowa,USA.The Iowa State University Press 1980杜荣骞主编杜荣骞主编.生物统计学生物统计学.第二版第二版.北京：高等北京：高等教育出版社教育出版社 2003方积乾，陆盈主编方积乾，陆盈主编.现代医学统计学现代医学统计学.北京：人北京：人民卫生出版社民卫生出版社 2002冯学民，周鸿飞冯学民，周鸿飞.试验与统计试验与统计.哈尔滨：哈尔滨哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社工业大学出版社 2002盖钧镒盖钧镒.试验统计方法试验统计方法.北京：中国农业出版社北京：中国农业出版社2004高惠璇高惠璇.使用统计方法与使用统计方法与SAS系统系统.北京：北京大北京：北京大学出版社学出版社 2001胡良平胡良平.医学统计应用错误的诊断与释疑医学统计应用错误的诊断与释疑.北京：北京：军事医学科学出版社军事医学科学出版社 1999李春喜，王志和，等李春喜，王志和，等.生物统计学（第二版）生物统计学（第二版）.北北京：科学出版社京：科学出版社 2002林德光林德光.生物统计的数学原理生物统计的数学原理.沈阳：辽宁人民沈阳：辽宁人民出版社出版社 1982马斌荣马斌荣.医学统计学（第一版）医学统计学（第一版）.北京：人民卫生北京：人民卫生出版社出版社 2001明道绪明道绪.生物统计附试验设计（第三版）生物统计附试验设计（第三版）.北京：北京：中国农业出版社中国农业出版社 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畜牧统计学的概念与功能畜牧统计学的概念与功能将概率论和数理统计学原理应用于生物现象中带有将概率论和数理统计学原理应用于生物现象中带有随机性的数量变化的研究，就形成了生物统计学随机性的数量变化的研究，就形成了生物统计学（biostatistics、biometer）畜牧统计学是生物统计学的一个分支：畜牧统计学是生物统计学的一个分支：应用概率论和数理统计学原理和方法研究应用概率论和数理统计学原理和方法研究如何用有如何用有效的方法收集、整理、分析畜牧学科学研究与生效的方法收集、整理、分析畜牧学科学研究与生产实践中产生的带有随机性的数据产实践中产生的带有随机性的数据（data）对所研究的问题作出对所研究的问题作出统计推断统计推断提供决策依据提供决策依据的这样一门学科的这样一门学科 生物统计学对畜牧学科的科学研究正起着越来越重生物统计学对畜牧学科的科学研究正起着越来越重要的促进作用要的促进作用 工欲善其事 必先利其器统计学就其本质来说，是数学统计学就其本质来说，是数学数学的三大分支：数学的三大分支：经典数学经典数学算术、代数、几何、微积分算术、代数、几何、微积分 等等 数理统计数理统计 模糊数学模糊数学统计的历史很古老统计的历史很古老 起源于国家的征税：起源于国家的征税：古罗马、中国、古埃及等古罗马、中国、古埃及等 大禹治水后大会诸侯于会稽山，进行各部大禹治水后大会诸侯于会稽山，进行各部落住民的调查，从而征税落住民的调查，从而征税 现代统计学开始于上一世纪初现代统计学开始于上一世纪初畜牧统计学的基本功能大致有以下几方面内容：畜牧统计学的基本功能大致有以下几方面内容：对资料进行对资料进行整理整理和和描述描述 用局部数据来用局部数据来推断推断和和估计估计全体研究对象的特征全体研究对象的特征 通过显著性检验来通过显著性检验来鉴定鉴定试验效应试验效应 寻找寻找因素间的关系因素间的关系 提供试验设计的一般提供试验设计的一般原则原则和和方法方法 畜牧统计学的特点畜牧统计学的特点 概率性概率性所有结论和结果都有一定的概率保证所有结论和结果都有一定的概率保证 二元性二元性理论和实践的紧密结合，尤以理论和实践的紧密结合，尤以实践实践为重为重 归纳性归纳性由特殊到一般、由局部到全体、由样本由特殊到一般、由局部到全体、由样本到总体（与演绎相对）到总体（与演绎相对）从畜牧科研实践中所得到的数据资料具有从畜牧科研实践中所得到的数据资料具有变异性变异性、随机性随机性和和复杂性复杂性 学习畜牧统计学的目的就是要使用统计学的原理和学习畜牧统计学的目的就是要使用统计学的原理和方法来定量地处理和分析生物数据的这些方法来定量地处理和分析生物数据的这些变异性变异性、不确定性不确定性和和复杂性复杂性，从而得出最令人信服的结论，从而得出最令人信服的结论，以阐明事物发展的规律以阐明事物发展的规律 畜牧统计学是畜牧学科中的一个重要工具畜牧统计学是畜牧学科中的一个重要工具它能帮助畜牧工作者发现隐藏在纷繁复杂的表面现它能帮助畜牧工作者发现隐藏在纷繁复杂的表面现象下面的象下面的客观规律客观规律 试验设计试验设计（experiment design）正确地确定抽样方案，正确地对将要进行的试验进正确地确定抽样方案，正确地对将要进行的试验进行科学设计是统计工作的行科学设计是统计工作的基础基础在试验工作进行之前，应用统计学原理，制订出合在试验工作进行之前，应用统计学原理，制订出合理的试验方案，如最适样本大小，最佳样本配置，理的试验方案，如最适样本大小，最佳样本配置，正确的试验动物种类，试验整个过程的安排等正确的试验动物种类，试验整个过程的安排等使我们可以用最少的人力、物力、财力和时间，获使我们可以用最少的人力、物力、财力和时间，获得尽可能多的、可靠的信息和资料进行统计分析，得尽可能多的、可靠的信息和资料进行统计分析，得到可信的科学结论得到可信的科学结论 如何学习畜牧统计学如何学习畜牧统计学？首先首先，确立统计学的思维方式，学会用统计学的思，确立统计学的思维方式，学会用统计学的思想来武装自己的头脑，用统计学的思考方式来观想来武装自己的头脑，用统计学的思考方式来观察世界，观察周围的事物察世界，观察周围的事物其次其次，在畜牧科研、技术推广等方面要用好用活统，在畜牧科研、技术推广等方面要用好用活统计学，除了学好统计学，掌握统计学的基本原理、计学，除了学好统计学，掌握统计学的基本原理、计算公式、数学概念和含义、具有一定的电脑知计算公式、数学概念和含义、具有一定的电脑知识和操作技能外，还必须有坚固、扎实的畜牧学识和操作技能外，还必须有坚固、扎实的畜牧学专业方面的知识，丰富的畜牧实践专业方面的知识，丰富的畜牧实践最后最后，用畜牧统计学处理和分析每一批资料、每一，用畜牧统计学处理和分析每一批资料、每一批数据，都必须有充分的生物学意义和畜牧学意批数据，都必须有充分的生物学意义和畜牧学意义，而所作的试验也必须有生物学科的理论意义义，而所作的试验也必须有生物学科的理论意义和实践意义和实践意义因此，畜牧统计学的学习，统计学方法的应用不能因此，畜牧统计学的学习，统计学方法的应用不能孤立地、单独地进行，它必须紧密结合畜牧学科孤立地、单独地进行，它必须紧密结合畜牧学科的实践，以取得具有专业意义和指导意义的结果的实践，以取得具有专业意义和指导意义的结果 学习生物统计学的要领学习生物统计学的要领领会并牢记领会并牢记概率性概率性是统计学的精髓，即概率性无时无是统计学的精髓，即概率性无时无刻不存在于统计学中刻不存在于统计学中跳出经典数学的思维方式，有变量的头脑和统计学的跳出经典数学的思维方式，有变量的头脑和统计学的思想；经典数学的目的是得到计算结果，而生物统思想；经典数学的目的是得到计算结果，而生物统计学得到计算结果仅是手段，其目的是用计算结果计学得到计算结果仅是手段，其目的是用计算结果来进行来进行估计估计和和得出一般性的结论得出一般性的结论知道每一种统计方法的使用范围、使用场合及如何使知道每一种统计方法的使用范围、使用场合及如何使用用统计公式的含义、及如何使用统计公式的含义、及如何使用多做习题、多看参考文献多做习题、多看参考文献整理好笔记整理好笔记常用统计术语常用统计术语总体总体和和样本样本 总体总体（population）：具有相同性质的所有观测值：具有相同性质的所有观测值所组成的集合所组成的集合（set）在实际工作中只能对总体中具有代表性的一小部分在实际工作中只能对总体中具有代表性的一小部分进行研究进行研究被研究的这一小部分观测值被研究的这一小部分观测值（子集子集 subset）必须来必须来自于这一总体，并具有很好的代表性自于这一总体，并具有很好的代表性这样的一批观测值的子集就称为这样的一批观测值的子集就称为样本样本（sample）从总体中得到样本的过程称为从总体中得到样本的过程称为抽样抽样（sampling）一个样本内观测值即变量的个数，称为一个样本内观测值即变量的个数，称为样本含量样本含量，用用 n 表示表示有限总体的大小用有限总体的大小用 N 表示表示 由于抽样往往是由于抽样往往是随机随机（random）的，因此抽样是的，因此抽样是随随机抽样机抽样（random sampling 简称为抽样简称为抽样），随机，随机抽样所得到的样本称为抽样所得到的样本称为随机样本随机样本（random sample 简称为简称为样本样本）总体具有总体具有时时、空空性（具有时间和空间的概念）性（具有时间和空间的概念）总体有总体有有限有限总体与总体与无限无限总体之分总体之分总体可分为总体可分为实实总体与总体与虚虚总体总体 有限总体总是实总体；但实总体不一定是有限总体，有限总体总是实总体；但实总体不一定是有限总体，虚总体也不能肯定就是无限的虚总体也不能肯定就是无限的总体有总体有常量性常量性 总体的特征值一般是常量总体的特征值一般是常量总体有总体有不可知性不可知性 总体的特征值往往是未知的总体的特征值往往是未知的另：另：统计学统计学中的总体和样本一般是指数据或资料中的总体和样本一般是指数据或资料而而试验设计试验设计中的总体和样本一般是指动物个体中的总体和样本一般是指动物个体总体与样本的关系：总体与样本的关系：样本必须来自于总体样本必须来自于总体 样本必须能代表总体样本必须能代表总体中文中有许多与总体、样本这一概念有关的中文中有许多与总体、样本这一概念有关的成语，如：成语，如：一叶知秋一叶知秋 管窥蠡测管窥蠡测 尝鼎一脔尝鼎一脔总体与样本关系不好的例子：总体与样本关系不好的例子：一叶障目一叶障目 瞎子摸象瞎子摸象One swallow is not make a summerOne swallow is not make a summer变异变异和和变量变量 在实践中，无论是总体还是样本，无论是调查还是在实践中，无论是总体还是样本，无论是调查还是试验，所得到的数值都是有试验，所得到的数值都是有差别差别的，这种差别在的，这种差别在统计学中称为统计数据的统计学中称为统计数据的变异变异（variation）具有变异性质的数值在生物统计学中就称为具有变异性质的数值在生物统计学中就称为变量变量（variate）变量在某一个体具体表现出来的数值又称为变量在某一个体具体表现出来的数值又称为变数变数或或称称观测值观测值（observed value）、数据数据（data）、资资料料（data）变量变量是和是和常量常量（constant）相对应的一个概念相对应的一个概念 参数参数和和统计量统计量用来描述用来描述总体特征总体特征的数值称为的数值称为参数参数（parameter）由样本观测值计算得到的描述由样本观测值计算得到的描述样本特征样本特征的数值称为的数值称为统计量统计量（statistic）参数用希腊字母表示参数用希腊字母表示，如，如、2 2、统计量用拉丁字母表示统计量用拉丁字母表示，如，如x、s2、b、r参数一般为一参数一般为一常量常量，需通过样本的，需通过样本的统计量统计量来进行来进行估估计计（estimation）从同一总体中抽取不同的样本所计算得到的同一性从同一总体中抽取不同的样本所计算得到的同一性质的统计量是不会相同的，因此统计量是质的统计量是不会相同的，因此统计量是变量变量这些统计量都可以用来无偏这些统计量都可以用来无偏（unbias）地估计相应地估计相应的参数的参数误差误差在生物学科中，人们几乎无法把非试验条件绝对地在生物学科中，人们几乎无法把非试验条件绝对地控制在同一水平上，同时试验对象也是错综复杂控制在同一水平上，同时试验对象也是错综复杂的生物体，因此，很难使所得到的试验结果完全的生物体，因此，很难使所得到的试验结果完全符合真值符合真值试验结果和真值之间的这种试验结果和真值之间的这种差异差异和和偏离偏离，就是，就是误差误差（error）误差按其来源和性质可分为误差按其来源和性质可分为系统误差系统误差（systematic error）和和随机误差随机误差（random error）系统误差系统误差（systematic error）指由于某些特定的指由于某些特定的非试验条件非试验条件所造成的使试验结果所造成的使试验结果朝某一个方向发生朝某一个方向发生有规律有规律的的偏移偏移造成系统误差的原因有以下几种：造成系统误差的原因有以下几种：度量工具度量工具的不正确或未经校正的不正确或未经校正试验仪器试验仪器及其及其读数器读数器发生偏差或未经校正发生偏差或未经校正外界试验条件外界试验条件发生了很大的变化发生了很大的变化观测时间观测时间及及顺序顺序的影响的影响试验人员试验人员操作及观测时的偏爱和习惯操作及观测时的偏爱和习惯试验动物分组试验动物分组时发生的偏差等时发生的偏差等这些因素都会使得试验结果有规律地偏离真值这些因素都会使得试验结果有规律地偏离真值由于系统误差影响了试验的由于系统误差影响了试验的准确性准确性，因此应当在试，因此应当在试验前就加以预防和克服验前就加以预防和克服一般来说，系统误差是能被一般来说，系统误差是能被消除消除的的随机误差随机误差（random error）指由种种偶然因素引起的、无法加以预测和控制的指由种种偶然因素引起的、无法加以预测和控制的无规律无规律的偏差的偏差随机误差又称为偶然误差随机误差又称为偶然误差随机误差的大小、方向都无法确定随机误差的大小、方向都无法确定 消除系统误差以后，试验过程中主要的误差来源就消除系统误差以后，试验过程中主要的误差来源就是随机误差是随机误差在不发生歧义的情况下，随机误差简称为在不发生歧义的情况下，随机误差简称为误差误差如果观测次数足够多的话，随机误差有如果观测次数足够多的话，随机误差有统计学统计学上的上的意义意义 每一次观测所产生的随机误差都是独立发生的，且每一次观测所产生的随机误差都是独立发生的，且服从一定的规律服从一定的规律通过各种手段可以把随机误差有效地通过各种手段可以把随机误差有效地缩小缩小到最低的到最低的程度程度随机误差是进行随机误差是进行统计假设检验统计假设检验的基础的基础降低随机误差，可以：降低随机误差，可以：提高提高试验的试验的精确性精确性可以更好地可以更好地区别区别误差效应和处理效应，使得试验结误差效应和处理效应，使得试验结果更正确果更正确对试验处理间的差异所作出的评定更准确、更可靠对试验处理间的差异所作出的评定更准确、更可靠 错误错误（mistake）由于工作人员的粗心大意或不负责任（如仪器使用由于工作人员的粗心大意或不负责任（如仪器使用不当，错读数据，记录不准，任意涂改，凭空杜不当，错读数据，记录不准，任意涂改，凭空杜撰等）所产生的测定值与真值的偏差，称为撰等）所产生的测定值与真值的偏差，称为错误错误错误不是统计学的研究内容错误不是统计学的研究内容在试验和调查中，错误应当、必须，同时也可以加在试验和调查中，错误应当、必须，同时也可以加以以消灭消灭 准确度和精确度准确度和精确度 准确度和精确度和两类误差密切相关准确度和精确度和两类误差密切相关准确度准确度（accuracy）指观测值与真值接近的程度指观测值与真值接近的程度当发生系统误差时，观测值都会有规律地向某一个当发生系统误差时，观测值都会有规律地向某一个方向偏离真值，因而降低了试验的准确度方向偏离真值，因而降低了试验的准确度精确度精确度（precise）指在同一处理条件下，同一批观测值间相互接近的指在同一处理条件下，同一批观测值间相互接近的程度程度当随机误差较大时，数据较离散，精确度较低当随机误差较大时，数据较离散，精确度较低 相比之下，准确度是比精确度更重要的一个概念相比之下，准确度是比精确度更重要的一个概念在任何时候，都应当将系统误差降至零或最小程度，在任何时候，都应当将系统误差降至零或最小程度，或将系统误差化为随机误差，以保证有足够的准或将系统误差化为随机误差，以保证有足够的准确度确度 什么叫什么叫统计学思想统计学思想？下面我们来看一个问题：下面我们来看一个问题：某市卫生防疫站在该市的医院里抽取了某市卫生防疫站在该市的医院里抽取了729名女性名女性病人，测定了她们血液中的铁量，发现其血液含病人，测定了她们血液中的铁量，发现其血液含铁量普遍低于全国平均水平，于是该卫生防疫站铁量普遍低于全国平均水平，于是该卫生防疫站要求全市妇女购买高铁酱油，以补铁要求全市妇女购买高铁酱油，以补铁（该市的人口为（该市的人口为200万人）万人）通过统计学的学习，你如何来评价这一事件？通过统计学的学习，你如何来评价这一事件？这一问题随着统计学的学习，要求大家逐渐发现其这一问题随着统计学的学习，要求大家逐渐发现其中的问题，学期结束时回答中的问题，学期结束时回答自学：自学：资料的采集和核对、资料的分类、资料的整理、常资料的采集和核对、资料的分类、资料的整理、常用统计图表的建立和设计用统计图表的建立和设计请复习：请复习：概率、理论分布（正态分布、二项分布）等内容概率、理论分布（正态分布、二项分布）等内容 (*)end