科研设计练习题答案20103.docx
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科研设计练习题答案20103
实验设计
一、选择题
1、正交实验设计与析因实验设计相比，不正确的是（B）
A它是全面实验的部分实验，其结果可能不是最好的，但至少是较好的。
B是全面组合C不一定包括最佳组合D正交实验设计效率相对高
2、控制顺序误差的方法有（C）
A设置对照组B应用正交设计C设置空白对照和交叉实验
D采用交叉实验
3、3×2×2析因实验设计的方差分析中，存在（C）
ASS总=SSB+SSA+SSC++SSA×B×C
BMSABC=MSA+MSB+MSC
CSSE=SS总-SSB-SSA-SSC-SSA×B-SSB×C-SSA×C-SSA×B×C-C
DνA×B×C＝νA+νB+νC
4、若要研究水平数均为2的三因素及其一级交互作用，应选用哪个正交表最佳？
（B）
AL8（4×24）BL8（27）CL9（34）DL4（23）
5、正交实验设计可以完全替代以下哪种实验设计？
（B）
A析因实验B拉丁方实验C交叉实验D配对设计E随机区组设计
6、完全随机设计、随机配伍组设计、拉丁方设计的总变异分别可分解成几各部分（D）
A2，2，4B2，3，3C2，2，2D，2，3，4
7、对于三因素r水平的拉丁方实验设计资料的方差分析中,其误差的自由度为（C）
A.r2－1B.r－1C.（r-1）（r-2）D.r+1
8、拉丁方实验设计适用于（B）
A.两因素等水平的实验B.三因素等水平且各因素间无交互作用的实验
C.四因素等水平的实验D.三因素各因素水平数不等的实验
9、组间交叉实验设计采用的是（C）对照。
A自身对照B前后对照C两组平行的自身前后对照D空白对照
10、在交叉实验设计中每个效应值包括（B）
A处理效应和阶段效应B处理效应和阶段效应及受试对象间的效应
C处理效应受试对象间的效应D处理效应E以上都不对
11、有重复数据的正交实验设计误差平方和为：
（C）
ASS空列BSS重复数据组内误差CSS空列+SS重复数据组内误差
DSS空列-SS重复数据组内误差
12、若正交实验方差分析得知主因素A、C及交互作用A*C均有统计学意义，则分析结果时应：
（C）
A先分析主因素AB先分析主因素CC先分析交互作用A*C
D同时分析主因素A、C及交互作用A*C
13、析因实验是（D）
A：
效率高的实验B：
多因素、多水平部分组合的实验
C：
水平数必须相等的实验D；多因素、多水平全面组合且可分析交互作用的实验
14、统计分析交叉实验设计资料的第一步是（B）
A进行正态性检验B进行方差齐性检验C进行秩和检验
D直接进行方差分析
15、在下面各种实验设计中，在相同条件下最节约样本含量的是（A）。
A交叉设计B配对设计C配伍组设计D析因实验设计
16、为研究新药“胃灵丹”治疗胃病（胃炎、胃溃疡）疗效，在某医院选择50例胃炎和胃溃疡病人，随机分成实验组和对照组，实验组用胃灵丹治疗，对照组用公认有效的“胃苏冲剂”。
这种对照在实验设计中称为（d）。
a实验对照b空白对照c安慰剂对照
d标准对照e历史对照
17、某医师研究丹参预防冠心病的作用，实验组用丹参，对照组用无任何作用的糖丸，这属于（c）。
a实验对照b空白对照c安慰剂对照
d标准对照e历史对照
18、某医师研究七叶一枝花治疗胃溃疡的疗效时，实验组服用七叶一枝花，对照组服用淀粉，这属于（c）。
a实验对照b空白对照c安慰剂对照
d标准对照e历史对照
19、实验设计的三个基本要素是（d）。
a受试对象、实验效应、观察指标b随机化、重复、设置对照
c齐同对比、均衡性、随机化d处理因素、受试对象、实验效应
e设置对照、重复、盲法
20、实验设计的基本原则（e）。
a.随机化、盲法、设置对照b重复、随机化、配对
c随机化、盲法、配对d齐同、均衡、随机化
e随机化、重复、设置对照
21.试验因素对试验指标所引起的增加或者减少的作用，称作（c）
A、主要效应B、交互效应C、试验效应D、简单效应
二、判断题
1、L8（27）就表示最多安排7个因素，各取2个水平，共进行8次试验。
（T）
2、正交实验和析因实验的目的基本上是相同的。
（T）
3、析因实验效率低的含义是指能研究各因素的单独作用而不能研究因素间的交互作用。
（F）
4、多因素试验即现代的试验设计，能够从总效应中分解出每一因素的效应或因素间交互作用的效应以及估计误差的大小。
（T）
5．用于分析正交试验结果的统计方法有直观法、极差法和方差分析法。
（T）
6．正交表不留空列就缺乏对试验误差的估计。
（T）
7．用正交表选定的最优条件一定包括在原试验方案内。
（F）
8、正交实验和析因实验的目的基本上是相同的。
（T）
9、正交表不留空列就缺乏对实验误差的估计。
（T）
10、析因实验效率低是指能研究各因素的单独作用而不能研究因素间的交互作用（T）
11.拉丁方实验设计中每个格子的实验效应都是处理因素，行、列干扰因素共同作用的结果（T）
拉丁方实验适用于三因素等水平且三因素间有交互作用的实验（F）
12.完全随机化实验设计将非处理因素均匀分布于实验组与对照组，使实验组与对照组均衡可比（T）
13．拉丁方实验属于一个全面实验，我们可以从中得到最优的实验因素水平组合（F）
14.在3阶拉丁方实验中三因素随机分布于行、列和字母中（T）
15.对非处理因素应加以控制，控制的主要目的是使实验组与对照组的非处理因素均衡一致。
（T）
16.拉丁方是指拉丁字母排成r×r方阵，使得每一行每一列中的r个字母都同时各出现一次。
（T）
17．交叉试验的间隔时间的长短取决于措施效应消失的时间。
（T）
18．病程过短或过长均不宜用交叉试验。
（T）
19．实验设计主要是对实验中的处理因素进行合理的安排，以达到均衡可比及高效、经济的目的。
（T）
20．多因素试验即现代的试验设计，能够从总效应中分解出每一因素的效应或因素间交互作用的效应以及估计误差的大小。
（T）
21.从检验效能的角度出发，在相同样本含量条件下，采用配对试验比成组试验更容易获得显著性差异的结果。
（T）
22.自身配对试验适于短期对比，而异体配对试验适用于长期或慢性试验。
（T）
23.采用自身配对试验最好增设一组平行空白对照组或用交叉试验。
（T）
24.随机化可以把非处理因素均衡的分配到各治疗组和对照组。
（T）
25、实验设计的主要任务是如何使实验组T的效应e显示出来。
（T）
26、交叉实验设计是特殊的配对设计。
（T）
27.交叉实验的间隔时间长短取决于措施效应消失的时间。
（T）
28、2×2的交叉设计可以分析各因素间的交互效应。
（F）
29、在交叉实验设计中随机分成两组的受试对象例数最好相等。
（T）
30.在实验研究中，随机误差是偶然的，是可以避免的。
（F）
三、简答题
1.正交实验与析因实验、拉丁方实验的关系？
答：
析因实验是研究多因素、多水平、全面组合的实验，而正交实验是全面实验的一部分。
与析因实验相比，正交实验具有高效性。
因其是全面实验的一部分，其结果不一定是最好的，但至少是较好的。
拉丁方实验是研究三因素等水平的实验。
同一个三因素等水平实验同时用正交设计和拉丁方实验来做，结果相同。
即所有的拉丁方实验均可用正交实验来代替。
2.交叉设计和拉丁方设计的适用条件和优缺点各是什么？
答：
交叉设计适用条件：
（1）处理因素只有2水平（A、B），且两个非处理因素（试验阶段、试验顺序）与处理因素间无交互作用。
（2）试验要求两个阶段之间必须安排一定的间隔时间，以便消除前阶段治疗措施的残留效应保证两阶段的起始条件一致。
（3）两次观察的时间不能过长，处理效应不能持续过久。
（4）为消除患者的心理作用或防止研究者的暗示，一般多采用盲法。
（6）交叉设计应尽量避免受试者的失访（lostoffollowup）。
特别是I期临床试验。
（7）资料分析中，同样要考虑基线的影响。
拉丁方设计适用条件：
（1）必须是三因素的实验，且因素水平数相等。
（2）三因素是相互独立的，均无交互作用。
（3）各行、列、字母所得实验数据的方差齐。
交叉设计优缺点：
优点：
（1）具备自身配对的全部优点，如减少个体差异对处理因素的影响，节省样本含量等；
（2）能控制时间因素（试验阶段）对处理方式的影响，因而优于自身对照设计；（3）各试验对象皆接受了试验因素和对照，符合医德要求。
缺点：
处理时间不能太长；受试对象中途推出造成数据缺失。
限于慢性病的对症治疗，有时停药的间歇期不能为病人接受。
拉丁方设计优缺点：
（1）优点是大大减少了实验次数，用较少的实验次数获得较多信息，尤其适用于动物实验和实验室研究;
（2）双向控制误差,可以减少实验误差,比配伍组设计优越.（3）可以考核3个因素，也可以考核1或2个处理因素，可同时控制两个因素
缺点：
（1）是要求处理数必须等于拉丁方的行（列）数，一般的试验不容易满足此条件
（2）数据缺失会增加统计分析的难度;重复少,对差别估计不够精确。
3.写出2×2析因实验的假设检验的H0和H1
答题要点：
分别针对A、B及A与B的交互作用进行假设检验（3个H0和H1）
A：
H0:
A两种处理水平效果相同，H1：
A两种处理水平效果不相同
B：
H0:
B的两种处理水平效果相同，H1：
B的两种处理水平效果不相同
A*B：
H0：
A与B之间存在交互作用，H1：
A与B之间不存在交互作用
析因设计的优缺点：
优点：
比单处理因素设计能提供更多的试验信息，可用来分析全部因素主效应，以及因素间各级的交互作用，在医学上可用于筛选最佳治疗方案、药物配方、实验条件等研究。
缺点：
当因素增加时，实验组数呈几何倍数增加，所需试验的次数很多。
不但计算复杂，而且给众多交互作用的解释带来困难。
因此，当因素及水平数较多时，一般不采用完全交叉分组的析因设计，而采用正交设计。
两因素析因设计与随机区组设计的方差分析的区别：
后者每个组合下的数据无重复，不能分析交互效应。
析因设计资料分析：
应先分析交互效应。
若交互效应有统计学意义，要逐一分析各因素的单独效应，即固定一个因素对其他因素进行分析；反之，若交互效应无统计学意义，则因素间的作用相互独立，直接分析各因素的主效应。
4.正交设计和拉丁方设计的适用条件和优缺点各是什么？
（答案在PPT）
特点：
（1）任一列，各水平都出现，且出现的次数相等---代表性；
（2）任两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且对出现的次数相等----均衡可比性。
正交试验法优点：
（1）试验点代表性强，试验次数少。
（2）不需做重复试验，就可以估计试验误差。
（3）可以使用数理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。
5.拉丁方实验设计中方差分析的基本思想是什麽？
总的离均差平方和及总自由度怎样计算?
（答案在PPT）
答：
通常，拉丁方设计试验数据可用方差分析比较处理因素各水平的差异。
拉丁方设计的方差分析数学模型为：
Xijk=μ+αi+βj+γk+εijk式中，αi为处理因素Ai的效应；βj和γk分别为两区组因素Bj的效应和Ck的效应。
6.用正交表安排试验的基本步骤是什么？
有交互作用的正交试验应如何安排，试验结果又如何分析？
有交互作用的正交试验和无交互作用的正交试验的结果分析有何共同点和不同点？
答：
1．明确试验目的，确定试验指标，挑因素，选水平；
2．用正交表安排试验：
选合适的正交表，表头设计，水平翻译，列出试验方案表
3．按试验方案进行试验：
试验安排好后，严格按各号试验的条件进行试验。
4．试验结果的分析：
计算各因素的水平总和，计算各因素的极差，选取较优生产条件。
5．验证试验：
通过验证试验，找出比较稳定的较优生产条件。
有交互作用的正交实验安排实验时除了挑选正交表以外，还要挑选相应的交互作用表，将交互作用当成一个因素，根据交互作用表安排交互作用。
结果分析可以有方差分析法和直观法两种（共同点）。
当交互作用有意义时，要优先分析交互作用，然后再分析主效应（不同点）。
7.谈谈正交试验设计的基本方法。
答：
1．明确试验目的，确定试验指标，挑因素，选水平；
2．用正交表安排试验：
选合适的正交表，表头设计，水平翻译，列出试验方案表
3．按试验方案进行试验：
试验安排好后，严格按各号试验的条件进行试验。
4．试验结果的分析：
计算各因素的水平总和，计算各因素的极差，选取较优生产条件。
5．验证试验：
通过验证试验，找出比较稳定的较优生产条件。
8.什么是重复测量设计？
与随机区组设计有何不同？
重复测量设计方差分析总变异是如何分解的？
（答案在PPT）
答：
重复测量是指对同一观察对象的同一观察指标在不同时间点上进行的多次测量，用于分析该观察指标在不同时间上的变化特点。
1．随机区组设计处理只能在区组内随机分配，每个实验单位接受的处理是不相同的。
重复测量设计中“处理”是在区组（受试者）间随机分配（即一个个体的m个时间点的m个数据组成一个区组），区组内的各时间点是固定的，不能随机分配。
2．随机区组设计则要求每个区组内实验单位彼此独立。
2．重复测量设计区组内（同一受试者）实验单位（不同时间点的数据）彼此不独立。
9.裂区试验设计的特点是什么？
总变异如何分解？
（答案在PPT）
答：
设计特点：
1.将实验精度要求低、对结果影响相对次要的因素作为主处理，放在主区2.将实验精度要求高、对结果影响大的因素作为次处理，放在次区。
实验单位具有隶属关系（分级），因素在施加上有先后顺序，各因素在专业上的地位通常不等价。
减少实验工作量和成本：
与完全随机区组设计相比，总实验次数不变，但主处理的操作次数减少（3x63x2）；数据分析类似无重复三因素方差分析（区组、主处理、次处理）。
SS总=SS个体间+SS个体间误差+SS个体内+SS个体内误差
SS总=SSA+SS个体间误差+SSB+SSA*B+SS个体内误差
10.嵌套试验设计的特点是什么？
总变异如何分解？
（答案在PPT）
嵌套设计：
一个因素的不同水平分别与另一个因素的不同水平发生组合。
或者说B因素的不同水平是嵌套在A因子内的。
观察对象本身具有分组再分组的各种分组因素，处理（即最终的试验条件）是各因素各水平的全面组合，且因素之间在专业上有主次之分（与析因设计区别）。
与裂区设计区别：
因素B的水平直接受因素A的水平影响，自身通常缺乏独立而固定的水平（B为随机因素），即嵌套在因素A的不同水平下，也可以说B处理效应不是独立起作用的方差分析中无法检出A、B交互效应。
11.协方差分析的基本思想是什么？
协方差分析是将线性回归与方差分析相结合的一种分析方法。
把对反应变量Y有影响的因素X看作协变量，建立Y对X的线性回归，利用回归关系把X值化为相等，再进行各组Y的修正均数间比较。
修正均数是假设各协变量取值固定在其总均数时的反应变量Y的均数。
其实质是从Y的总离均差平方和中扣除协变量X对Y的回归平方和
，对残差平方和作进一步分解后再进行方差分析。
四、分析论述题
1、分析回答下列问题
利血平（A药）可以使小鼠脑中去甲肾上腺素（NE）等递质下降，现考察某种新药MWC（B药）是否具有对抗利血平使递质下降的作用，将24只小鼠随机等分为四组，并给予不同处理后，测定脑中NE的含量，结果如下：
表1.小鼠经不同处理后脑中NE的含量
蒸馏水组
利血平组
MWC组
利血平＋MWC组
630
181
715
407
760
103
663
397
687
138
638
378
676
141
887
363
892
197
625
438
523
193
648
412
表2方差分析结果
试回答：
1）资料采用的设计类型是什么？
（2x2析因）
2）通过方差分析结果可以看出哪些因素对NE含量有影响？
（A、B及AB的交互，答题时具体要说出因素名称）
3）对本资料如何下结论？
（A因素之间、B因素之间及AB的交互作用对NE含量的影响不同，答题时具体要说出因素名称）
2、为了研究某个化疗辅助药（简称辅助药）提升白细胞计数的疗效，采用2周治疗为一个疗程后停药1周作为一个治疗周期，共治疗两个周期。
收集200名术后肿瘤患者，随机分成两组，第一组在第一治疗周期采用化疗药＋辅助药，在第二治疗周期仅用化疗药，第二组在第一治疗周期仅用化疗药，在第二治疗周期采用化疗药＋辅助药，两组在两个治疗周期所用的化疗药均是相同的，并且剂量相同。
以血常规中的白细胞计数作为该辅助药的疗效评价指标，并且分别在治疗前、第一个治疗周期结束时和第二个治疗周期结束时化验受试者的白细胞计数，试分析该辅助药提升白细胞的疗效。
研究者对白细胞计数资料进行对数变换，然后分别对第一治疗周期和第二治疗周期白细胞计数的对数资料用成组设计定量资料t检验，比较用试验药和不用试验药的平均水平差异，结果下表
表3白细胞计数取对数后的统计描述
组别
第一治疗周期
第二治疗周期
用试验药
8.4154（4516）0.1818
8.3403（4189）0.1804
未用试验药
8.3756（4340）0.1814
8.3019（4032）0.1940
t=1.5470,P=0.1235
t=1.4469,P=0.1495
研究者认为：
基于所述统计结果，没有足够的证据认为该药物可以提升白细胞计数。
请回答：
1）基于上述研究背景可以判断该资料属于什么设计类型？
（2x2交叉）
2）能否认为该研究者用成组t检验进行统计分析是合适的或最佳的？
（不能）
3）如果不合适或不是最佳的，则又该如何进行统计分析？
（交叉设计方差分析：
总变异、自由度分解等）
3．研究蛇毒的抑瘤作用,拟将四种瘤株匀浆接种小白鼠,一天后分别用不同的蛇毒成份,各取四种不同的剂量腹腔注射,每日一次,连续10天,停药一天,解剖测瘤重.实验结果如下表。
问不同蛇毒峰，蛇毒剂量抑瘤作用以及不同瘤株对蛇毒作用反应是否不同。
蛇毒分离毒抑瘤实验结果
剂量
（mg/kg）
峰
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ合计
0．000A0.80B0.74C0.31D0.482.33
0．030B0.50A0.36D0.18C0.201.24
0．050C0.35D0.44A0.17B0.421.38
0．075D0.22C0.25B0.36A0.251.08
合计1.871.791.021.356.03
A;1.58B;2.02C;1.11D;1.32（ABCD为各自的合计值）
方差分析表
变异来源SS总VMSFP
总0.517915
行0.236930.07899.987P>0.05
列0.118430.03955.000P<0.05
字母0.115230.03894.861P<0.05
误差0.047660.0079
1）基于上述研究背景可以判断该资料属于什么设计类型？
（4阶拉丁方）
2）完成方差分析表。
3）写出假设检验的步骤并下结论？
答：
1）建立假设并建立检验水准
对于药物间：
H0：
5个总体均数全相等
H1：
5个总体均数不等或不全相等
对于家兔间：
H0：
5个总体均数全相等
H1：
5个总体均数不等或不全相等
对于部位间：
H0：
5个总体均数全相等
H1：
5个总体均数不等或不全相等
α=0.05
（2）计算检验统计量F值
（3）确定P值，做出统计推断
F处理＞F0.05（3，6）P＜0.05，在α=0.05水准拒绝H0，认为4种蛇毒间差别有统计学意义.
F剂量间＜F0.05（3，6）P＞0.05，在α=0.05水准不拒绝H0，认为4种剂量间差别无统计学意义
F瘤株＜F0.01（3，6）P＜0.05，在α=0.05水准拒绝H0，认为4种瘤株间差别有统计学意义.
4.研究正氟醚对大鼠肝重的影响
因素AA1生理盐水A2戊巴比妥
因素BB1不用正氟醚B2用正氟醚
因素CC1雄性大白鼠C2雌性大白鼠
观察指标：
肝重/体重（%）
要分析交互作用A*B，A*C，B*C，（不考虑二级交互作用）和最佳组合，某研究者采用以下设计，并将实验结果列入下表。
表3正氟醚对大鼠肝重的影响实验结果
实验号
A
1
B
2
A*B
3
C
4
A*C
5
B*C
6
7
肝重/体重（%）
1
1
1
1
1
1
1
1
5.00
2
1
1
1
2
2
2
2
5.26
3
1
2
2
1
1
2
2
6.30
4
1
2
2
2
2
1
1
5.42
5
2
1
2
1
2
1
2
6.13
6
2
1
2
2
1
2
1
5.87
7
2
2
1
1
2
2
1
6.02
8
2
2
1
2
1
1
2
4.64
试回答：
（1）资料采用的设计类型是什么？
（正交）
（2）若肝重/体重（%）值越大，正氟醚对大鼠肝重影响越大，试分析资料2三个处理因素的优水平、实验的优组合以及各因素作用大小顺序。
（分析步骤在PPT）
K1
21.98
22.26
20.92
23.45
21.81
21.19
22.31
K2
22.6
22.38
23.72
21.19
22.83
23.45
22.53
k1
5.495
5.565
5.23
5.8625
5.4525
5.2975
5.5775
k2
5.65
5.595
5.98
5.2975
5.7075
5.8625
5.6325
极差R
0.155
0.03
0.75
0.565
0.255
0.565
0.055
主次顺序
A*B>C=B*C>A*C>A>B
忧水平
A2
B2
C1
优组合
A2BAC1
练习
1.为研究12名高血压病人采用A、B两方案疗效的差别，随即地让其中6名病人先以A发治疗，后以B法治疗；另外6名病人先B法，后A法。
记录治疗后血压的下降值（kPa），结果列于表1。
试分析A、B两方案疗效有无差别。
交叉设计
表1A、B两方案治疗高血压病人后血压的下降情况
阶段
病人编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Ⅰ
B
B
A
B
A
A
A
A
B
B
B
A
3.07
1.33
4.40
1.87
3.20
3.73
4.13
1.07
1.07
2.27
3.47
2.40
Ⅱ
A
A
B
A
B
B
B
B
A
A
A
B
2.80
1.47
3.73
3.60
2.67
1.60
2.67
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