试验设计方法123(精品·公开课件).ppt

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研究工作的必要手段 试验 什么是试验设计方法 试验设计(Design of Experiments)是数理统计学的一个重要的分支。多数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据,而试验设计却是用于决定数据收集的方法。 试验设计方法主要讨论如何合理地安排试验以及试验所得的数据如何分析等。 三、试验设计方法的作用 把数学上优化理论、技术应用于试验设计中,科学的安排试验、处理试验结果。 采用科学的方法去安排试验,处理试验结果,以最少的人力和物力消费,是在最短的时间内取得更多、更好的生产和科研成果的最有效的技术方法。简称为:“多、快、好、省”。 四、单因素试验 如果在一项试验中只有一个因素改变, 其它的可控因素不变,则该类试验称为单因素试验。 常用的单因素试验设计方法 有:来回调试法、黄金分割法、分数法、对分法、抛物线法、分批试验法、爬山法等。 今天主要介绍黄金分割法。 黄金分割法 黄金分割法,也叫0.618法,是数学家华罗庚在70年代推广的一种可以尽可能减少做试验次数、尽快地找到最优方案的方法。 黄金分割: 例1:比如我们要试制一种新型材料,需要加入某一种原料增强其强度,这就有加入多少的问题,加多了不行,加少了也不行,只有完全合适才行。我们估出每吨加入量在1克至1000克之间。 通常的方法是取区间的中点(即500克)作试验。然后将试验结果分别与1克和1000克时的实验结果作比较,从中选取强度较高的两点作为新的区间,再取新区间的中点做试验,再比较端点,依次下去,直到取得最理想的结果。这种实验法称为对分法。 但对分法并不是最快的实验方法,如果采用黄金分割法,那么实验的次数将大大减少。实践证明,对于一个因素的问题,用“0.618法”做16次试验就可以完成“对分法”做2500次试验所达到的效果。 用一个有刻度的纸条来表示1至1000克。在纸条上找到618(1000*0.618)克的地点画一条竖线,做一次试验,然后把纸条对折起来,找到618的对称点382(618*0.618),再做一次试验,如果618克为最好,则把382以外的纸条裁掉。然后再对折,找到618的对称点再做一次试验,并将试验结果和前面的试验比较,这样循环往复,就可以找到最佳的数值。 这就是数学家华罗庚所推广的优选法。 数学家华罗庚在推广优选法 五、多因素试验 2)代表性 一方面: (1)任一列的各水平都出现,使得部分试验中包括了所有因素的所有水平; (2)任两列的所有水平组合都出现,使任意两因素间的试验组合为全面试验。 另一方面: 由于正交表的正交性,正交试验的试验点必然均衡地分布在全面试验点中,具有很强的代表性。因此,部分试验寻找的最优条件与全面试验所找的最优条件,应有一致的趋势。 3)综合可比性 (1)任一列的各水平出现的次数相等; (2)任两列间所有水平组合出现次数相等。这就使得任一因素各水平的试验条件相同,这就保证了在每列因素各水平的效果中,最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。 用正交表安排试验(以例2为例) (1)明确试验目的,确定试验指标 例2中,试验目的是搞清楚A、B、C对转化率的影响,试验指标为转化率 (2)确定因素-水平表 (3)选用合适正交表 本试验可选取正交表L9 (34 ) 安排试验 因 素 水 平 A 温度(℃) B 时间(Min) C 用碱量(x%) 1 2 3 80 85 90 90 120 150 5% 6% 7% 因 素 水 平 A B C 1 2 3 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 (4)确定试验方案 “因素顺序上列,水平对号入座,横着做” 正交试验结果分析-极差分析法 以例2为例 分析内容: 3个因素中,哪些因素对收益率影响大,哪些因素影响小; 如果某个因素对试验数据影响大,那么它取哪个水平对提高收益率有利。 利用正交表的“整齐可比”性进行分析: 对于因素A 从表中可以看出,A1、A2、A3各自所在的那组试验中,其它因素(B、C、D)的1、2、3水平都分别出现了一次。 计算方法如下: A1所在组的试验结果均值: k1A = (x1 + x2 + x3)/3 = (31+54+38)/3=123/3=41 A2所在组的试验结果均值: k2A = (x4 + x5 + x6)/3 = (53+49+42)/3=144/3=48 A3所在组的试验结果均值: k3A = (x7 + x8 + x9)/3 = (57+62+64)/3

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