试验优化技术课件

第二章 试验数据结构第二章第二章 干扰控制试验设计干扰控制试验设计2.1 试验数据结构与试验误差试验数据结构与试验误差一、试验数据结构：一、试验数据结构：m m试验因素对指标影响的总和试验因素对指标影响的总和-未控制因素对指标影响的总和未控制因素对指标影响的总和 即即试验随机误差试验随机误差第二章 试验数据结构二、试验误差二、试验误差(一一)试验误差来源试验误差来源 1.试验材料试验材料 2.试验仪器设备试验仪器设备 3.试验环境条件试验环境条件 4.试验操作试验操作(二二)试验误差的分类试验误差的分类1.随机误差随机误差2.系统误差系统误差:由某些因素按规律起作用而形由某些因素按规律起作用而形 成的误差成的误差 第二章 试验干扰控制空列各水平对应试验指标与其平均值间的差异，空列各水平对应试验指标与其平均值间的差异，反映了试验误差、末考察交互作用或末计入因素影反映了试验误差、末考察交互作用或末计入因素影响。响。若该影响不大，则变化小，或若该影响不大，则变化小，或 应有应有一致性一致性2.2 试验干扰试验干扰 试验干扰试验干扰:是指可能对试验结果产生影响，但是指可能对试验结果产生影响，但未未加以考察和控制的条件、因素及其交互作用加以考察和控制的条件、因素及其交互作用。控制试验干扰，提高试验精度控制试验干扰，提高试验精度试验精度可由试验精度可由空列定性考察空列定性考察：第二章 试验干扰控制例例2-1，考察表，考察表2-1中的试验数据。中的试验数据。第二章 试验干扰控制空列考察方法：空列考察方法：1.计计算空列各水平所算空列各水平所对应对应的指的指标标平均平均值值2.求求3.分分别给别给yi和和i排序。排序。4.比比较较其序号，若一致，其序号，若一致，则试验则试验精确，否精确，否则则不精确。不精确。表表21完全完全一致一致，说说明明试验试验精度高。精度高。第二章 试验干扰控制例例2-2 2-2 考察表考察表2-22-2中的试验数据。本试验为三中的试验数据。本试验为三因素三水平试验，选因素三水平试验，选L L9 9(3(34 4)正交表，其中第三列为空正交表，其中第三列为空列。列。计算完全同上。计算完全同上。结果见表结果见表2-2可以看出可以看出yi与与i的序的序号不一致，如表中的号不一致，如表中的号者。号者。第二章 试验干扰控制2.2 试验设计的基本原则试验设计的基本原则三个基本原则：三个基本原则：设置区组设置区组重复试验重复试验随机化措施随机化措施一、设置区组一、设置区组 区组设计区组设计定义：定义：缩小试验的时空范围，使试验条件均匀一致。缩小试验的时空范围，使试验条件均匀一致。软 硬第二章 试验干扰控制作用：作用：区组间有差异，而区组内则相对均匀区组间有差异，而区组内则相对均匀原理：原理：均衡分布，从局部控制干扰均衡分布，从局部控制干扰提高试验数据的精度和可比性。提高试验数据的精度和可比性。前提前提：试验因素与干扰之间没有交互作用。：试验因素与干扰之间没有交互作用。第二章 试验干扰控制二、重复试验二、重复试验目的：目的：估计试验误差，保证试验精度估计试验误差，保证试验精度提高试验的代表性。提高试验的代表性。安排原则安排原则：一般一般3-5次，至少次，至少2次次误差较小时，可减少重复次数误差较小时，可减少重复次数或仅在最佳组合处做或仅在最佳组合处做第二章 试验干扰控制三、随机化措施三、随机化措施目的：目的：使误差产生的机会均等使误差产生的机会均等随机化的方法有两种：随机化的方法有两种：1.完全随机化完全随机化2.部分随机化部分随机化在完全随机化的基础上，再进行某些人为调整。在完全随机化的基础上，再进行某些人为调整。如某因素水平更换困难或某些组合处理之间有相如某因素水平更换困难或某些组合处理之间有相互影响。互影响。第二章 试验干扰控制一般一般综合运用综合运用，以，以区组设计区组设计为核心，辅助以为核心，辅助以重重复试验复试验和和随机化措施随机化措施。三者相辅相成，互相补充，。三者相辅相成，互相补充，从而保证试验条件基本均匀一致，提高试验精度，从而保证试验条件基本均匀一致，提高试验精度，降低试验误差。降低试验误差。第二章 试验干扰控制2.4 单向干扰控制单向干扰控制单向干扰：干扰只有一个条件因素。单向干扰：干扰只有一个条件因素。一、完全区组设计一、完全区组设计区组内含区组内含 正交表所列的全部组合处理正交表所列的全部组合处理例如，用例如，用L4(23)正交表安排正交表安排A、B、C三个因素试验三个因素试验全部组合处理：全部组合处理：1 A1B1C12 A1B2C2 称称为为完全区完全区组设计组设计3 A2B1C24 A2B2C1第二章 试验干扰控制完全区组设计特点：完全区组设计特点：试验号一般为试验号一般为4，最多不超过，最多不超过89；组合处理的重复次数区组个数；组合处理的重复次数区组个数；控制干扰不占列，不影响部分实施的大小。控制干扰不占列，不影响部分实施的大小。第二章 试验干扰控制例例3-3 3-3 东方红东方红1010拖拉机与拖拉机与IL2IL23030悬挂犁机组最悬挂犁机组最大耕深试验，其试验方案如表大耕深试验，其试验方案如表3-33-3。表中。表中h h为悬挂点为悬挂点高度，高度，H H为立柱高。试验干扰：土壤条件的差异为立柱高。试验干扰：土壤条件的差异,实实地考察情况如图地考察情况如图3-23-2。第二章 试验干扰控制其试验方案如表其试验方案如表3-33-3。表中。表中h h为悬挂点高度，为悬挂点高度，H H为为立柱高。立柱高。第二章 试验干扰控制区组1区组2 试验干扰：土壤条件的差异试验干扰：土壤条件的差异,实地考察情况如实地考察情况如图图3-23-2。区组设计见图，进行随机化处理和调整。区组设计见图，进行随机化处理和调整。结果分析：以重复试验指标的平均值，按极差分析。结果分析：以重复试验指标的平均值，按极差分析。第二章 试验干扰控制二、不完全区组设计二、不完全区组设计不完全区组设计不完全区组设计:只容纳部分组合处理的区组设只容纳部分组合处理的区组设计计例如用例如用 L1616(4(45 5)安排四水平四因素试验，控制单安排四水平四因素试验，控制单向干扰。向干扰。完全区组设计：完全区组设计：1616号试验在一个区组内，时空范号试验在一个区组内，时空范围过大。围过大。不完全区组设计：如取四个区组，每个区组放四不完全区组设计：如取四个区组，每个区组放四号试验。号试验。第二章 试验干扰控制特点：特点：能安排试验号较多的试验，能安排试验号较多的试验，a不受限制；不受限制；区组内试验号数，一般为区组内试验号数，一般为24个；个；重复试验一次即为全部区组的一次重复；重复试验一次即为全部区组的一次重复；控制单向干扰需占一列，称为区组列或干控制单向干扰需占一列，称为区组列或干扰列。扰列。第二章 试验干扰控制划分区组划分区组:等水平表等水平表-可任选一列作为区组列，以控制单可任选一列作为区组列，以控制单向干扰；向干扰；混合型表混合型表-通常选多水平列作为区组列。通常选多水平列作为区组列。区组数区组数=区组列的水平数，区组列的水平数，区组内的组合处理数区组内的组合处理数=正交表试验号正交表试验号/区组列的区组列的水平数。水平数。第二章 试验干扰控制例如：例如：L8(27)取一列为区组列：取一列为区组列：可分两个区组可分两个区组,各含四个组合处理；各含四个组合处理；L18(636)取六水平列为区组列：取六水平列为区组列：可分六个区组可分六个区组,每个区组含三个组合处理。每个区组含三个组合处理。第二章 试验干扰控制例例2 24 4，将例，将例2 23 3中东方红中东方红2020拖拉机与拖拉机与IL2IL23030悬挂犁机组最大耕深试验的三个二水平因素都悬挂犁机组最大耕深试验的三个二水平因素都扩大为三水平因素，在同样的试验条件下，进一扩大为三水平因素，在同样的试验条件下，进一步做试验，其试验方案如表步做试验，其试验方案如表2-42-4。第二章 试验干扰控制用用 L9(34)进行正交设计进行正交设计区组列区组列(干扰列干扰列)做为一个因素做为一个因素,放在第放在第4列，列，控制土壤条件不均的干扰，表头设计如表控制土壤条件不均的干扰，表头设计如表2-4。分三个区组，每个区组三个组合处理。分三个区组，每个区组三个组合处理。同一水平各号试验为一个区组同一水平各号试验为一个区组不同水平即为不同区组，如不同水平即为不同区组，如 软 硬第二章 试验干扰控制各区组试验设计各区组试验设计随机化随机化+人工调整人工调整（区组间（区组间B B水平更换）水平更换）由此方案试验，结果见表由此方案试验，结果见表2-42-4第三章 试验干扰控制第二章 试验干扰控制控制干扰的三个基本措施：控制干扰的三个基本措施：区组区组 3个个重复试验重复试验 两次两次随机化措施随机化措施 区组间、区组内、重复试验区组间、区组内、重复试验 第二章 试验干扰控制 这样，这样，区组内土壤条件基本一样区组内土壤条件基本一样 区组间区组间土壤条件的土壤条件的差异差异，则是，则是水平变化所致水平变化所致；从区组概念看是区组不同，是试验条件有差异，从区组概念看是区组不同，是试验条件有差异，这种这种差异差异可以通过可以通过统计分析进行矫正统计分析进行矫正。软 硬第二章 试验干扰控制结果分析时，对数据进行结果分析时，对数据进行矫正矫正，消除干扰影响。，消除干扰影响。具体矫正方法：具体矫正方法：1.求试验指标的总平均求试验指标的总平均 指标总平均值。指标总平均值。为试验条件均匀一致，即各区组间无差异时，各试为试验条件均匀一致，即各区组间无差异时，各试验因素都取平均水平时的试验指标值，它是比较因素效验因素都取平均水平时的试验指标值，它是比较因素效应，交互作用效应和区组效应的应，交互作用效应和区组效应的统一基准统一基准。第二章 试验干扰控制2.计算区组列各区组对应的试验指标平均值计算区组列各区组对应的试验指标平均值 区组列的极差区组列的极差R4 RA RC,说明干扰较大说明干扰较大第三章 试验干扰控制第二章 试验干扰控制3.计算各区组效应计算各区组效应 第第K区区组组试验试验指指标标均均值值与与总总平均平均 的差的差值值表明各区表明各区组间试验组间试验条件的差异大小；条件的差异大小；表明表明该该区区组组土壤土壤较软较软，使最大耕深，使最大耕深增增值值；表明表明该该区区组组土壤土壤较较硬，使最大耕深硬，使最大耕深减减值值。第二章 试验干扰控制各区组效应总和为零各区组效应总和为零 4.计计算算试验试验指指标矫标矫正正值值 .第二章 试验干扰控制 指标矫正值指标矫正值=实测值实测值-区组的效应区组的效应土壤土壤较软较软使最大耕深增加的区组就使最大耕深增加的区组就减去该增值减去该增值土壤土壤较硬较硬使最大耕深减值的区组就使最大耕深减值的区组就加上该减值加上该减值最后以最后以矫正值为准矫正值为准，进行，进行结果分析结果分析处理，如表处理，如表2-4。第三章 试验干扰控制第三章 试验干扰控制2.5 两向干扰控制两向干扰控制 两向干扰两向干扰:两种干扰两种干扰,如试验地块两个方向土质不均如试验地块两个方向土质不均 一般有一般有多种干扰多种干扰,选择选择主要主要的加以控制的加以控制 控制两向干扰需占两列，称为控制两向干扰需占两列，称为干扰列干扰列或或区组列区组列第三章 试验干扰控制 控制两向干扰需占两列，称为控制两向干扰需占两列，称为干扰列干扰列或或区组列区组列 两方向都是不完全区组设计两方向都是不完全区组设计 两方向区组数不一定相等两方向区组数不一定相等 等水平时，等水平时，两向区组数水平数两向区组数水平数 混合型正交表进行设计时，则不一定相等混合型正交表进行设计时，则不一定相等 设计时需列出两向干扰控制表设计时需列出两向干扰控制表第三章 试验干扰控制例例2-5 2-5 在非路面条件下进行某越野汽车的通过性在非路面条件下进行某越野汽车的通过性试验，重点考察轮胎的结构参数和工作参数，试试验，重点考察轮胎的结构参数和工作参数，试验因素及其水平如表验因素及其水平如表3-73-7所示，交互作用均可忽略，所示，交互作用均可忽略，试验指标为滑转率试验指标为滑转率。第三章 试验干扰控制试验因素及其水平如表试验因素及其水平如表2-72-7所示，交互作用均可忽所示，交互作用均可忽略，试验指标为滑转率略，试验指标为滑转率。第二章 试验干扰控制两项干扰：两项干扰：G1不同车辆和人员不同车辆和人员 G2试验场地坚实度不同试验场地坚实度不同表头设计：表头设计：先安排因素后安排干扰先安排因素后安排干扰 安排时，尽量使水平难换的因素减少水平更安排时，尽量使水平难换的因素减少水平更换次数换次数 选用选用L8(27)试验因素试验因素1、2、3、4列列 试验试验干扰干扰5、6、7列中任两列列中任两列第二章 试验干扰控制考虑到考虑到A和和D更换水平困难更换水平困难，G15列列 最后最后G26列。列。试验方案如表试验方案如表2-8所示。所示。第二章 试验干扰控制试验方案编制好后，还应列出试验方案编制好后，还应列出两向干扰控制表两向干扰控制表两干扰列不同组合，两干扰列不同组合，G1、G2的二元表的二元表两向干扰控制表：两向干扰控制表：直观形象直观形象 便于实施和控制便于实施和控制 对指标进行两向矫正对指标进行两向矫正第二章 试验干扰控制试验时必须按此表实施，如：试验时必须按此表实施，如：G1区组区组内内第第1辆车辆车的试验顺序是的试验顺序是 G1区组区组内内第第2辆车辆车的试验顺序是的试验顺序是若重复试验，再实施表若重复试验，再实施表3-9。但试验顺序要。但试验顺序要随机化随机化第二章 试验干扰控制结结果分析果分析时时，对对指指标值进标值进行行两向两向矫矫正正：1.计计算算总总平均平均 2.干扰各区组的对应指标和干扰各区组的对应指标和K1i、K2j 其中：下标其中：下标1干扰干扰G1 下标下标2干扰干扰G2 下标下标i,j干扰干扰G的第的第i、j个区组个区组第二章 试验干扰控制第二章 试验干扰控制 如：3、K1i、K2j的平均值的平均值k1i、k2j。第二章 试验干扰控制3.计算各区组的效应计算各区组的效应区区组组效效应应各区各区组组指指标标平均平均值值总总平均平均 可见：第二章 试验干扰控制4.两向矫正两向矫正 矫正值实测值矫正值实测值G1效应效应G2效应效应 yi试验指标试验指标结果分析结果分析结果表明，结果表明，两种干扰影响较大，甚至大于因素两种干扰影响较大，甚至大于因素B、D。第二章 试验干扰控制第二章 试验干扰控制 2.4.2 拉丁方区组设计拉丁方区组设计1、拉丁方、拉丁方第二章 试验干扰控制拉丁方拉丁方第二章 试验干扰控制2、拉丁方区组设计、拉丁方区组设计例例2-6 犁铧耐磨试验，因素水平如表所示，试验指犁铧耐磨试验，因素水平如表所示，试验指标为每片犁铧耕地亩数。标为每片犁铧耕地亩数。第二章 试验干扰控制两相干扰：土壤条件和犁片位置两相干扰：土壤条件和犁片位置三水平因素（三种犁片），三台拖拉机三水平因素（三种犁片），三台拖拉机故选用故选用33拉丁方进行方案设计拉丁方进行方案设计第二章 试验干扰控制三台拖拉机各自记录耕地亩数，填入试验方案三台拖拉机各自记录耕地亩数，填入试验方案试验指标直接计算其平均值即可试验指标直接计算其平均值即可第三章 试验干扰控制 2.5 尤登方区组设计尤登方区组设计1、尤登方、尤登方第二章 试验干扰控制例例2-7 冬小麦施氮肥试验，比较冬小麦施氮肥试验，比较5种因素对小麦产量种因素对小麦产量的影响。采用的影响。采用45尤登方控制土壤条件的纵、横两尤登方控制土壤条件的纵、横两相干扰。试验方案及结果见表。相干扰。试验方案及结果见表。第二章 试验数据结构本章小结本章小结试验干扰控制设计的基本原则试验干扰控制设计的基本原则三个基本原则：三个基本原则：设置区组设置区组重复试验重复试验随机化措施随机化措施单向干扰控制单向干扰控制双向干扰控制双向干扰控制 完全区组设计完全区组设计 不完全区组设计不完全区组设计 拉登方设计拉登方设计 尤登方设计尤登方设计