生物统计学课件上(南昌大学).ppt

Today: 2021/1/26 授课人：邹志文 TEL: 13576262344 Email: 南昌大学生命科学与食品工程学院 Today: 2021/1/26 名人名言 生活中最重要的问题 ,其中占大多数实际上只是概率的问 题。 拉普拉斯 在终极的分析中，一切知识都是历史。 在抽象的意义下，一切科学都是数学。 在理性的世界里，所有的判断都是统计学。 C.R劳 若想了解上帝在想什么，我们就必须学统计，因为统计 学就是在量测他的旨意。 南丁格尔 Today: 2021/1/26 世界上有三种 谎言 ：谎言、该死的谎言和 统计 There are three kinds of lies: lies, damned lies and statistics. 马克 吐温 自传引述十九世纪英国首相 狄斯雷利的名句 Today: 2021/1/26 Today: 2021/1/26 国家统计局相关官员表示，我国居民消费增 长较慢，居民消费支出在 GDP中的比重较低。据 悉， 2008年中国居民消费率 (居民消费占 GDP的比 重 )为 35.3%，美国为 70.1%，印度为 54.7%。（ 09 年 12月 3日新华网） “前三季度中国国内生产总值（ GDP）同比增长 7.7，其中第三季度增长 8.9”、“中国城市 化率已达 45.68%”、“ 97%外出农民工已就业” Today: 2021/1/26 Today: 2021/1/26 央视网消息， CTR市场研究公司通过随机抽样，电话调查了 2290个收看家庭，结果显示， 96.1%的用户收看了今年春晚， 其中 81.6%认为今年春晚办得好。 而 15日的 广州日报 报道，在某门户网站对今年春晚的满意 度调查上，截至今日零时记者截稿前，认为“好”的只占 15.2%，不到两成， 46.5%的人认为不好。 春晚的满意度每年都有两个版本，央视永远志得意满，神 采飞扬，民间许多人并不买账，骂声不绝。 京华时报 15日报道，央视市场研究公司公布历年的调查结果，近 5年 来，央视春晚的叫好率逐年走低。其中， 2006年叫好率为 85.5%， 2007年为 83.6%， 2008年为 81.1%， 2009年为 81.1%。 Today: 2021/1/26 绪 论 第一节 生物统计的地位意义 第二节 生物统计学发展简史 第三节 生物统计的主要内容 第四节 生物统计的常用术语 第五节 生物统计学教学要求 Today: 2021/1/26 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 一、生物统计的概念 生物统计学： 把概率论和数理统计的科学原理和方法应用 于生物科学研究中的数量资料的搜集、整理和分析的科学 ， 是一门应用数学，是现代生物学研究中不可缺少的工具。 数理统计： 是以随机现象的数量特征和分布规律为研究对 象的一种数学方法。 重要任务就是 对客观事物得出 本质的和规律性的认识 ，使 人们对所研究的资料作出 正确的结论 。 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 二、生物统计的地位 生物数学 (Biomathematics):以数学方法研究和解决生物学 问题，并对生物学有关的数学方法进行理论研究，介于生物 学和数学之间的边缘学科。从研究使用的数学方法划分，生 物数学可分为生物统计学、生物信息学、生物系统论、生物 控制论和生物方程等分支。 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 三、生物统计的作用 1、 为科学地整理分析数据提供方法 2、 判断试验结果的可靠性 由于存在试验误差，从试验所得的数据资料必须借助于统 计分析方法才能获得可靠的结论。 3、确定事物之间的相互关系 科学试验的目的，不仅是研究事物的特征、特性，同时还 要研究事物间的相互关系的联系形式。 4、提供试验设计的原则和方法 5、 为学习其他课程提供基础 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 四、生物统计的意义 W.Gosset于 1908年以 “ Student”笔名将 “ t-检验 ” 发表于 Biometrika 上 ， 文章说： “ 任何实验可 以作为是许多可能在相同条件下作出的实验的总体 中的一个个体 ， 一系列的实验则是从这个总体所抽 得的一个样品 。 ” 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 21世纪是生命科学的世纪，无疑也为生物统计学 的发展与应用拓展了广阔的空间。生物医学期刊 杂志社聘请统计学专家为期刊论文把握统计处理 的质量， 新英格兰医学杂志 、 柳叶刀 等 著名的医学期刊还增设了负责处理统计学问题常 务编委。 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 生物统计分析软件包的普及将生物统计学从统计 学家的书本里解放出来，成为生物学研究者的常 用工具。但它也带来了一个严重的弊端 对生 物统计方法的误用与滥用 。如果把整个统计分析 过程变成一个黑箱， 那就有可能垃圾进，垃圾出 (garbage in, garbage out)。 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 五、生物统计学的特点 Characteristics 1、 根据有限数量的样本观察数据来推断和估计事物的总体， 是生物统计的基本特点。 2、 用样本来推断总体，要求样本具有一定的含量和代表性。 3、推断有很大的可靠性，但有一定的错误率（ 如假阳性 ）。 4、实验设计应该先于生物统计分析的思考 ! 第一节 生物统计的地位意义 Today: 2021/1/26 第二节 生物统计学发展简史 Today: 2021/1/26 最早建立生物统计思想的是 A.Quetelet(1796-1874),把统计学 应用于解决生物学、医学和社会学中的问题，第一个认识 到大量变异数据中蕴涵规律性（近代统计学的重要思想） 最早应用生物统计学的是 C.Darwin（ 1809-1882）， 进化论 的本质是生物统计 遗传学奠基人 G.Mendel的豌豆杂交实验结果也证实了生物 统计的规律 第二节 生物统计学发展简史 Today: 2021/1/26 统计学用于生物学的研究，开始于 19世纪末， 1870年，英 国遗传学家， Galton (1822-1911)提出了 相关与回归 的概念，被 公认为生物统计学的创始人。 Galton和他的继承人 K.Plarson (1857-1936)于 1895年成立了伦 敦大学生物统计实验室，提出了 检验方法。 K.Plarson的学生 Gosset (1876-1937)在 1908年以 “ student”笔名 发表了 “ t分布和 t检验法 ” 创立了小样本检验代替大样本检 验的理论和方法。 Fisher于 1923年发展了显著性检验及估计理论，提出了 F分 布和 F检验 ，创立了正交试验设计和方差分析。 1901年英国著名统计学家 Pearson创办了 生物统计学杂志 (Biometrika)，标志着生物数学发展的起点。 第二节 生物统计学发展简史 2 Today: 2021/1/26 Neyman (1894-1981)和 S.Pearson进行了统计理论的研究工作， 提出统计假设检验系统，标志着统计学真正形成。 There are five components to an experiment： Hypothesis（假设） Experimental design（实验设计） Experimental execution（实验实施） Statistical analysis（数据分析） Interpretation（描述） 第二节 生物统计学发展简史 Today: 2021/1/26 第三节 生物统计的主要内容 Today: 2021/1/26 统计研究设计 统计描述 统计分析 第三节 生物统计的主要内容 调查设计 指调查研究工作全过程的计划 。 试验设计 是指试验研究工作进行前应用数理统计原理 ， 制定试 验方案 ， 选择试验材料 ， 对实验因素作合理 、 有效的安排 ， 最大限度地减少 试验误差 ， 使之达到高效 ， 快速 、 准 确 、 可靠和经济的目的 。 两者的区别 前者 :是被动地进行观察，希望干扰因素的影响尽可 能减少； 后者 :研究者能较主动地安排试验因素，控制实验条 件，尽可能排除或抵消非试验因素的干扰和影响。 Today: 2021/1/26 统计研究设计 统计描述 统计分析 第三节 生物统计的主要内容 统计表和统计图 定量资料集中趋势的度量 算术均数、几何均数、调和均数、中位数、分位数和众数 定量资料离散趋势的度量 标准差、标准误差、变异系数、极差和四分位数间距 随机变量及其概率分布 离散型：二项分布、波松分布 连续型：正态分布、 t分布、 2分布、 F分布 Today: 2021/1/26 统计研究设计 统计描述 统计分析 第三节 生物统计的主要内容 a.假设检验 b.统计推断 estimative statistics c.研究变量之间的关系 无自变量与因变量之分： 直线相关分析、典型相关分析 研究多变量内部的从属关系：主成分分析、因子分析等。 多变量之间亲疏关系：聚类分析 有自变量与因变量之分： 直线回归分析、曲线回归分析、 多项式回归分析、 Logistic概率模型回归分析等 d.判别分析 根据一些明确分类的总体所提供的信息，对未知个体的归 属进行分类的判别分析。 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 1、总体与样本 Population and sample 1) 总体 根据研究目的确定的研究对象的全体称为 总体 。构成总体 的每个成员称为个体 (individual)。含有有限个个体的总体称 为 有限总体 (finite population)。包含有无限多个个体的总体 叫 无限总体 (infinite population)。 2) 样本 总体的一部分称为 样本 。 样本中所包含的个体数目叫 样本容量或大小 (sample size)。 样本容量常记为 n。通常 n30 的样本叫 小样本 ， n 30的样 本叫 大样本 。 3）抽样 sampling 从总体中获得样本的过程。可分为放回式抽样 (sampling with replacement)和非放回式抽样 (without replacement)。随 机抽样 (random sampling)是确定样本代表性的有效方法。 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 2、特征数 表示总体和样本的数量特 征的量称为特征数。 1) 参数 Parameter ：由总体计 算得来的特征数 ，常用 希腊字 母 表示。用 表示总体平均数， 用 表示总体标准差。 2) 统计量 statistics ：由样本计 算得来的特征数 ， 常用 拉丁字 母 表示统计量。用 表示样本 平均数，用 S表示样本标准差。 3) 总体参数由相应的统计量来 估计 ，例如用 估计 ，用 S 估计 等。 x x 总 体 样 本 抽 样 描 述 计算统计量 推 断 统计量 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 3、平均数 mean 算术平均数 : 几何平均数 : 加权平均数： 12 1 . 1 nn i i x x xxx nn 12 1 n n n ni i G x x x x 21 2211 nn xnxnx Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 4、方差、标准差和变异系数 variance, standard deviation and variation coefficient 1)极差 ,又称范围 range:它是样本变量中最大值和最小值之差， 一般用 R表示。 2) 方差 样本方差： 总体方差： 1 2 1 2m a x , , m i n , , nnR x x x x x x 2 2 () 1 ixxS n 2 2 ()ix N Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 4、方差、标准差和变异系数 variance, standard deviation and variation coefficient 3）标准差 样本标准差 : 总体标准差 : 4）变异系数 :是样本变量的相对变异量， 是不带单位的纯数。 用变异系数可以比较不同样本相对变异程度的大小。 2() 1 ixxS n 2() ix N 100%sCV x Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 5、数据类型与频数（率）分布 1）连续型数据和离散型数据 与某种标准做比较所得到的数据称为连续型数据 (continuous data)，又称度量数据 (measurement data); 例如， 长度、时间、重量等。对连续型数据进行分析的方法，通常 称为变量的方法 (method of variable)。 由记录不同类别个体的数目所得到的数据，称为离散型 数据 (discrete data)，又称为计数数据 (count data)；例如种子 数、株数、人头等。对离散型数据进行分析的方法，通常称 为属性的方法 (method of attribute)。 Today: 2021/1/26 2）频数（率）表 frequency table 用频数分布或频率分布清楚地描述数据变化规律的表格。 3）频数（率）图 frequency graph 用频数分布或频率分布清楚地描述数据变化规律的图形。 3 种最常用的频数图为直方图、多边形图和累积频数图。 第四节 生物统计的常见术语 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 6、中位数和众数 median and mode 中位数：在累积频数图中 1/2总频数位置上的数值。 众数：离散型数据的众数是频数图中频数最高的组 值；连续型数据的众数是频数图中频数最高的中值。 Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 7、中心矩、原点矩、偏斜度和峭度 central monent, moment about the origin, skewness and kurtosis 中心矩： 原点矩： 偏斜度：度量数据围绕众数呈不对称的程度。 计算公式： 其中： m3为三阶中心矩； m2为二阶中心矩。 峭度：度量曲线形状的量。 计算公式： 其中： m4为四阶中心矩。 2/32 31 mmg n xxm i i )( nxm ii 32 2 42 mmg Today: 2021/1/26 第四节 生物统计的常见术语 8、随机误差与系统误差 1) 随机误差 random error 也叫 抽样误差 (sampling error)，是由于许多无法控制的内 在和外在的偶然因素所造成。 统计学上的试验误差指随机误 差。 2) 系统误差 systematic error 也叫片面误差 (lopsided error) 。是由试验对象的差异、仪 器的灵敏度、药品的用量或种类不符合试验要求以及观测、 记录、计算中的错误引起的。 Today: 2021/1/26 第五节 生物统计学教学要求 Today: 2021/1/26 第五节 生物统计学教学要求 一、生物统计学的课程特点 概念多、公式多、表格多、作业多、问题多。 学生头痛的课程？ 老师糊涂的课程？ 学院怀疑的课程？ 对于我来说：教学压力很大而感兴趣的一门课程！ Today: 2021/1/26 第五节 生物统计学教学要求 二、基本要求 1掌握正确收集试验数据的方法以及数据资料的整理方法。 2. 掌握数据资料的基本统计分析方法。 3. 掌握显著性检验的基本原理与常用方法，能对不同的试验 资料应用显著性检验方法进行统计分析与处理。 4. 掌握相关分析与回归分析的常用统计分析方法。 5. 掌握常用抽样调查技术和方法。 6. 具备一定的科学试验设计能力。 Today: 2021/1/26 第五节 生物统计学教学要求 三、学习方法 1. 弄懂基本原理和公式、理解公式的含义和应用条件，不必 深究推导； 2. 认真做作业，加深对公式及统计步骤的了解； 3. 培养科学的统计思维方法。生物统计中新的思考方法 从不肯定性或概率的角度 来思考问题和分析科学试验的结果； 4. 联系实际，结合专业，了解统计方法的实际应用； 5.从实验设计方法及其原理的角度来贯穿整个生物统计学的 学习过程。 Today: 2021/1/26 第五节 生物统计学教学要求 四、教学安排 第一章 绪论（ 2学时） 第二章 概率与概率分布 （ 4学时） 第三章 常见概率分布 （ 4学时） 第四章 统计学的常用术语 （ 4学时） 第五章 统计推断 （ 4学时） 第六章 方差分析（单，多因素方差分析） （ 4学时） 第七章 直线回归与相关（一元，多元线性） （ 4学时） 第八章 实验设计 （ 4学时） 复习 2学时 Today: 2021/1/26 国内有关经典著作 1. 概率论基础及其应用 王梓坤著 科学出版社 1976 年版 2. 数理统计引论 陈希儒著 科学出版社 1981年版 国外有关经典著作 1. 概率论的分析理论 P.- S.拉普拉斯 著 1812年 版 2. 统计学数学方法 H. 克拉默著 1946年版 概率论的最早著作 数理统计最早著作 概率统计专业 首位中科院院士 Today: 2021/1/26 教材 Today: 2021/1/26 主要参考书 Today: 2021/1/26 主要网站 http:/bio- 生物软件网 http:/ 中国统计网 http:/ 生物统计学论坛 http:/ SPSS俱乐部 http:/ 中文 Excel应用论坛 http:/ 统计软件 http:/home.okstate.edu/homepages.nsf/toc/onlinetutorials statistics 统计学指南 http:/ 中国生物论坛 Today: 2021/1/26 考试 平时： 30%（作业，出勤，问题回答情况） 考试： 70%（笔试） 书生有路勤为径，学海无涯苦作舟。 Thank you attention!