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面对一个具体的实验研究问题，究竟应该选择什么实 验设计类型 合适呢 ? 本文以实例的方式说明针对具体问题合理如何选用某种设计类型。 合理选用设计类型的指导思想 面对一个具体的实验研究问题，究竟应该选择什么 实验设计类型 合适呢？ 首先应考虑拟考察的实验因素的个数、各因素的水平数以及是否要考察因素之间的交互作用； 其次应考虑必须加以控制的区组因素(即重要的非实验因素)的个数及其水平数； 第三应结合专业知识，考虑因素在施加时有无特殊要求，如「同时施加，还是分先后顺序施加」；同一个因素的各水平作用于受试对象时有无特殊要求，如「每一个受试对象只能接受因素的一个水平，还是可以接受因素的多个水平」； 第四应考虑实验者在经济、时间等方面的承受能力。 将以上4方面综合起来考虑，是针对具体问题合理选用 实验设计类型的基本指导思想 。 针对具体问题合理选用某种设计类型举例 1. 「成组、配对、交叉」设计中应选择哪一个 例1 已知某中药有一定的降血压作用，先打算通过动物实验了解该药的最适剂量。 研究者根据预实验的结果，拟采用A、B两种可能的剂量，并要求用猫作为受试对象。已知此药的持续作用时间小于6h，6h后血压又会恢复到原先的水平。根据先验知识和对结果的精度要求，按统计公式估算，每一组至少要用5只猫。 问：有哪几种可能的设计类型？其中最优者是哪一种？ 分析与解答 设计1： 由于该药有两个剂量A和B，故最简单的做法是将10只猫完全随机地均分成2组，1组给药剂量为A，另1组给药剂量为B，即采用「成组设计」。 设计2： 我们还可以将10只猫按他们自身的条件，将性别、体重、年龄、健康状况、基础血压值等各方面都相同或接近的每两只猫配成1对，用随机的方法决定其中1只猫接受该药的A剂量，另1只猫接受该药的B剂量，即采用「条件相近者配对设计」。 设计3： 若动物饲养中心能明确地区分每只猫所来自的窝别，也知道每只猫的年龄，那么，研究者在领取猫时，可以规定：全部猫的年龄要基本相同，从每一窝中取出2只「性别相同、健康状况和基础血压值等各方面都相同或接近」的猫配成1对，用随机的方法决定其中1只猫接受该药的A剂量，另1只猫接受该药的B剂量，即采用「同源配对设计」。将上述3种设计用表格的形式给出，以便比较，见表1。 上述3种设计都存在一个不足之处：动物的利用率低。 因为只要两次用药时间间隔大于6h，可就在同一...

前面说过 定量资料分析方法的合理选择：析因设计的统计方法及常见错误辨析与释疑 ，本文介绍一下 实验设计类型的合理选择：析因设计合理选择及应用中存在的问题实例解答 。 析因设计及其突出标志 析因设计是安排多因素实验的一种十分有效的设计类型，其有效性在于该设计不仅可以分析出全部单个实验因素(称为主效应)对观测结果的影响是否具有统计学意义，而且可以揭示出实验因素之间各级交互作用的效应大小。该设计是所有实验设计之中获得消息量最多且对因素之间关系解释得最清楚的实验设计方法，其缺点是所需要的实验次数较多，当拟考察的实验因素较多或水平数较多时，实验次数非常之多，故研究者一般难以承受。 一个设计是否为析因设计，有以下4个最突出的标志： 其一，不同的实验条件数为全部拟考察的实验因素的水平数之积； 其二，各实验条件下均做2次或2次以上独立的重复实验； 其三，在具体实验时，全部因素是同时施加的，换句话说，实验因素不是分期分批出现在实验过程中的； 其四，在进行统计分析时，实验因素对观测结果的影响被认为是同等重要的，即没有充分的专业证据给实验因素对观测的影响排出主次顺序。 合理选用析因设计安排多因素实验 例1 某研究者自称松球用水煎后制成的松球合剂对慢性气管炎有较好的疗效。 经有关专家检验后发现：所谓的松球合剂中含有麻黄和地龙这两种对该病有一定治疗作用的药物，因而怀疑「松球对该病有较好疗效的结论」是不正确的。 请你设计一个试验，验证「松球对该病有较好疗效的结论」的真伪。 辨析与释疑 本设计的关键是要设立合适的对照组，使实验结果能显示出单用松球的效果、「麻黄和地龙」的效果以及他们与空白对照组之间的差异有无显著意义。 为此，需设立4个组：即空白对照组、单用松球组、「麻黄+地龙」组、「松球+麻黄+地龙」组。各组均有足够多的样本含量，并设法保证各组患者的病情接近、患病时间的长短接近，抽烟、饮酒以及年龄和性别等重要非试验因素的构成情况也接近，严格按随机化原则选取和分配受试对象，选择特异性强、灵敏度高的定量观测指标。 上述分组的结果从表面上看是一个单因素四水平设计，其实是一个2×2析因设计，因为可以列出如下的设计格式： 由表1可知：这是一个由2个二水平因素全面组合而成的两因素设计，各组均有足够多的样本含量，实验时两因素同时施加，事先没有充分的专业知识断定两个因素中何者对观测结果的影响大，根据前述关于...

正交设计 是利用一系列规格化的正交表来安排多因素试验的一种十分有效的设计方法。在实验设计中如何合理选择正交实验设计， 正交实验设计 应用中存在哪些常见问题，本文以实例说明并给予解决方法。 什么是正交实验 设计 正交设计 是利用一系列规格化的正交表来安排多因素试验的一种十分有效的设计方法。正交表是已经制作好的规格化的表，是进行正交设计的基本工具。正交表可分为同水平的和混合水平的两大类，常用的同水平正交表有2 n 型：L4(2 3 )、L8(2 7 )、L16(2 15 )；有3 n 型：L9(3 4 )、L27(3 13 )、；有4 n 型：L16(4 5 )、L64(4 21 )、;有5 n 型：L25(5 6 )、L125(5 31 )。常用的混合水平的正交表有：L8(4 1 ×2 4 )、L18(3 7 ×2 1 )、L50(5 11 ×2 1 )等。Ln(K m )中的L代表「正交表」，n代表「正交表的行数」;K代表「各列的水平数」，m代表「列数」。 正交表各列水平代码出现的规律是：各列不同代码出现的次数一样多;任何两列不同代码组合形式出现的次数一样多，如(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)被称为4种不同的代码组合形式。满足这样两个条件的数据(或代码)阵列被成为是彼此正交的。由正交表所确定的「实验点(即正交表每一行代码所决定的实验条件)」具有两个明显的特点：在空间具有「均匀分散性」、在统计分析时具有「整齐可比性」。 正交表一般分成表头(列号)和表身(水平的标志)。所谓进行正交设计，实际上就是把实验因素及其交互作用合理地安排到正交表的表头中去。 正交设计应用中存在的问题 例1 浙贝母提取工艺的优化选择 原作者采用正交试验法考察提取溶媒、溶媒浓度、药材处理方法、提取次数等因素对总生物碱提取效果的影响。根据有关资料及经验，拟定7个因素，每个因素选择2个水平(表1)，按L8(2 7 )正交设计表对总生物碱提取和测定，结果见表2，方差分析见表3。 方差分析表明，提取溶媒对贝母碱的提取效果影响极显著，溶媒浓度、药材处理次之，提取时间、提取次数、粒度、溶媒量对结果几乎无影响。表2的结果表明，提取效果最佳的第4号(A 1 B 2 C 2 D 2 E 2 F 1 G 1 )，即以95%乙醇提取3次，每次2h，碎粒提取，溶媒量6倍，药材不需10%Na 2 CO 3 ...

均衡原则 是实验设计4个基本原则随机、对照、重复和均衡原则中最核心的内容，起着统观全局的作用。本文本文以实例的方式说明一下临床实验中违背 均衡原则 和均衡原则使用不当的常见情况。 均衡原则及其作用 均衡原则的概念 均衡原则是实验设计4个基本原则之一，可以这样说：均衡原则(包括对偏性的控制，如分层取样、盲法分组等)是实验设计4个基本原则中最核心的内容，起着统观全局的作用。所谓均衡，就是指某因素各水平组中的受试对象所受到的非实验因素的影响是完全平衡的，即这些组之间的差别完全是由于该因素采取了不同水平所致，而并非其他因素取值不同所造成的影响。 有人认为「 均衡原则 」可以去掉，理由是它已包含在「随机、对照、重复」3个原则之中了。这个认识是不够正确的，因为我们可以举出很多实例，他们都按这3个原则实施了，但很多组间却缺乏可比性，其实质就是无视「均衡原则」所致。因此，没有必要为了减少一个原则而招来很多麻烦、甚至可以避免的错误。 一项科研工作，在这4个基本原则中任何一个原则上出了问题，其结论很可能就是错误的；另一个关于「均衡原则」的误区就是认为「均衡等价于实验中所有组之间都具有高度的可比性」，这在多因素实验研究的场合中是不成立的。 例如人们常设计如下的实验：第1组为空白对照组，第2组为单用A药组，第3组为单用B药组，第4组为A、B药联合使用组。即使4组中的受试对象具有高度的可比性，但第1组与第4组之间的可比性也是很差的，由于他们之间的差别无法被清楚地进行解释，不知是A药的作用、是B药的作用，还是A与B药的交互作用。因为这两组之间不是一个因素两种水平影响的结果，而是「A药用否」和「B药用否」这两个因素4种水平组合中的两种极端情况，即两药都不用相对于两药都用。 均衡原则的作用 确保实验因素各水平组间不受其他实验因素或重要的非实验因素的不平衡的干扰和影响，以便使所考察的实验因素取不同水平条件下对观测结果的影响真实地显露出来。 例如当人们希望考察经常吃含赖氨酸的面包是否对少年儿童生长发育有帮助时，若在住校的某小学某班级学生中做试验，随机让该班一半学生每天上午和下午课间各吃一个含赖氨酸的面包，该班另一半学生课间不吃面包，1年后比较这两组学生的身体发育情况，从而得出「赖氨酸」有利于少年儿童生长发育的「荒唐结论」。因为课间学生肚子会有些饿，即使吃一个不含赖氨酸的面包也会有助于少年儿童生长发育...

重复原则 通常有三层含义，即「重复取样」、「重复测量」和「重复实验」，实验设计中所讲的重复原则指的是「重复实验」。本文本文以实例的方式说明一下临床实验中违背 重复原则 和重复原则使用不当的常见情况。 重复原则及作用 重复原则的概念 重复通常有三层含义，即「重复取样」、「重复测量」和「重复实验」。从同一个样品中多次取样，测量某定量指标的数值，称为「重复取样」；对接受某种处理的个体，随着时间的推移，对其进行多次观测称为「重复测量」。实验设计中所讲的重复原则指的是「重复实验」，即在相同的实验条件下，做两次或两次以上的独立实验。这里的「独立」是指要用不同的个体或样品做实验，而不是在同一个体或样品上做多次实验。整个实验设计所包括的各组内重复实验次数之和，称为样本大小或样本含量。 重复原则的作用 同一个实验条件下为何要做多次独立的重复实验呢？只做一次不更节省时间柏费用吗？ 关键在于观测的结果是否具有变异性，若对每一个正常人观测其有多少个手指，只需观测一个人即可，因为每个正常人的手指都有10个，它是一个不具有变异性的定量指标。若对每一个正常入观测其血小板的含量是多少，仅观测一个人就作出关于正常人血小板含量为多少的结论显然是可笑的，因为每个正常人血小板含量是不尽相同的。只有观测了大量正常人血小板的含量后，其取值规律性才有可能表现出来，初步的印象是取值接近该组被观测的全部受试者算术平均值的人较多，取值偏离此均值较远的人较少，取值特别小和特别大的人就吏少了。即便这样一种非常简单的规律，也只有在进行了大量重复实验之后才能够表现出来。 由此可如 重复原则 的作用就在于它有利于使随机变量的统计规律性充分地显露出来。 违背重复原则的案例 例1 两台仪器测定结果之间的差异性研究 有人为了说明某两台仪器测定的结果之间的差别没有显著意义，选择一个健康人作为受试对象。先用A、B两台仪器分别对该人重复测4次。一个月后再用A、B两台仪器分别对该人重复测4次。测定的定量指标有3个，其中有一个指标是「二尖瓣前叶EC幅度」，每一个指标共获得16个数据。然后对这些数据进行方差分析和t检验，得出两台仪器测定的结果之间的差别无显著意义的结果，其专业结论是可用「自制的廉价仪器A」取代「进口的昂贵仪器B」。 对差错的辩析与释疑 此人将「重复取样」、「重复测量」与「独立重复实验」混为一谈。 同一个时间点，用一台仪器重...

医学实验研究一般都应设立对照组，这就是所谓的「 对照原则 」。本文以实例的方式说明一下临床实验中违背对照原则和对照原则使用不当的常见情况。 对照原则及其作用 对照原则的概念 医学实验研究一般都应设立对照组，这就是所谓的「 对照原则 」。设立对照组，实际上就是寻找一个「参照物」或「对比的基础」，因为「好与坏」、「高与矮」、「快与慢」、「长与短」等都是一事物相对于与之同类的另一事物而言的。 现在的火车速度快，但它却没有现在的飞机速度快；我们说某中学生短跑速度很快，他跑100m的速度为12s。这只是相对于一般中学生而言，若选一个同龄的参加国际奥林匹克运动会比赛的专业运动员与他相比，他的速度可能就不能算快了；一个药物的疗效如何，要看与谁比较，是与「安慰剂」比较还是与「当前市面上治疗此类疾病疗效最好的某种药物」比较，其结论是不同的，其可能产生的价值也是不一样的；某药物治疗某病的治愈率为85%，我们能说此药的疗效很高吗？ 在缺乏对照的情况下，我们是无法得出这种结论的。因为假如有另1组条件非常接近的患者，没有接受过任何治疗，其结果的痊愈率为83%，那么，我们不能仅凭85%>83%就说此药确实有效。因为我们观测到的是样本的结果，而不是总体的规律。既然是样本，就不可避免地存在抽样误差，说不定下次抽样实验的结果会恰恰相反呢。 在实验研究中，只有有了具有高度可比性的对照组，并对实验数据进行科学的统计分析后，才能作出有说服力的结论来。 对照原则的作用 设立对照组的作用就在于提高鉴别能力和结论的说服力，换言之，缺乏对照的研究是没有说服力的。当然，对照不全或对照设置得不合理也是没有说服力的。 对照组的形式有多种，即自身对照(处理前、后对照)、完全随机对照(空白对照、相互对照、实验对照、标准对照)、中外或历史对照。在实际应用中，往往是多种对照形式同时运用。 缺乏对照的实例 例1 对2硝基苯葡糖苷酸钠纸片法快速检测大肠埃希菌 原作者以自行合成的葡糖苷酶底物对2硝基苯葡糖苷酸钠，试图快速检测大肠埃希菌。结果发现当大肠埃希菌菌液浓度为4×10 7 (单位)时，需0.5h，当菌液浓度为40(单位)时，需12h；检查138株阳性菌和190株其他菌，其敏感性为9412%，特异性为9216%。结论为本法是一种快速、准确、简易和廉价的检测大肠埃希菌的方法。 对差错的辨析与释疑 原作者没有设立对照组，虽...

在进行 实验设计 时有四个基本原则，即随机、对照、重复和均衡。 随机原则 确保了样本进入实验的机率相等，使样本具有极好的代表性。本文介绍了随机原则及在临床实验中的作用，并以实例的方式说明临床实验中可能出现违背 随机原则 的情况。根据实际，临床实验中可以采取一种简便易行的随机化分组方法，即「按不平衡指数最小的分配原则」分组法。 随机原则及其作用 在进行 实验设计 时有四个基本原则，即随机、对照、重复和均衡。 随机原则呢就是在选取样本时，应确保总体中任何一个个体都有同等的机会被抽取进入样本；在分配样本时，应确保样本中任何一个个体都有同等的机会被分入任何一个组中去。这就是严格意义上的随机化原则。 随机原则 的作用就是使样本具有极好的代表性，使各组受试对象在重要的非实验因素方面具有极好的均衡性，提高实验资料的可比性。 完全随机化的效果并不一定永远最好，关键取决于样本含量的大小。若样本含量很大，完全随机化的效果应当是比较理想的；若被随机化的样本比较小，则完全随机化产生的各组受试对象之间在很多重要的非实验因素方面可能参差不齐。此时，采取分层随机化法效果会更好一些。即先按某些重要的非实验因素(取决于他们是否对观测指标有较大影响)将受试对象分组，然后对每个小组(在所考虑的重要非实验因素上条件一致)中的受试对象进行完全随机化，使他们被均分到各实验组中去，这样才能确保各实验组中的受试对象之间在所考虑的重要非实验因素方面保持均衡一致。 例如现有24只小鼠，其中16只雌性，8只雄性，若采用完全随机化方式将他们均分成2组，则有可能某一组中的12只小鼠全是雌性的，另一组中有4只雌性、8只雄性小鼠。若果真出现这样的分组结果，当小鼠性别对观测结果又有较大影响时，「性别」这个重要的非实验因素就严重地影响了实验因素两个水平(处理组与对照组)对观测结果效应大小的正确评价，甚至易于得出歪曲事实的结论来。此时，宜采用「分层随机化」，就本例而言，先用完全随机化法将16只雌性小鼠随机均分成两组，实验组和对照组各8只；再用完全随机化法将8只雄性小鼠随机均分成两组，实验组和对照组各4只。这样，实验组和对照组都各有12只小鼠，其中雌性和雄性小鼠分别为8只与4只，即「性别」这个重要的非实验因素在实验组和对照组中所施加的影响是均衡的。 实现随机化的方法有多种，可以查「随机数字表」、「随机排列表」或查「用计算机产生的伪随...