生物统计附试验设计

梅步俊 梁永厚 吴志红

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 生物统计学发展史
    • 1.2 学习生物统计学的必要性
    • 1.3 常用术语和基本概念
    • 1.4 R软件的介绍
    • 1.5 进一步阅读的文献
    • 1.6 习题
  • 2 资料的描述性统计分析
    • 2.1 位置测度
    • 2.2 离散性测度
    • 2.3 R软件的应用
    • 2.4 习题
  • 3 随机变量与概率分布
    • 3.1 随机变量
    • 3.2 概率分布
    • 3.3 二维随机变量
    • 3.4 正态分布
    • 3.5 一些重要的概率分布
    • 3.6 R软件的应用
    • 3.7 习题
  • 4 参数估计方法
    • 4.1 估计量的评价准则
    • 4.2 点估计
    • 4.3 区间估计
    • 4.4 R软件的应用
    • 4.5 习题
  • 5 统计假设测验
    • 5.1 假设检验的基本问题
    • 5.2 统计检验的基本步骤
    • 5.3 抽样分布
    • 5.4 样本平均数与总体平均数差异显著性检验
    • 5.5 两个样本平均数的差异显著性检验
    • 5.6 百分数资料差异显著性检验
    • 5.7 总体参数的区间估计
    • 5.8 非参数检验
    • 5.9 R软件的应用
    • 5.10 习题
  • 6 方差分析
    • 6.1 单因素方差分析
    • 6.2 多重比较
    • 6.3 多因素方差分析
    • 6.4 方差分析需要满足的条件
    • 6.5 习题
  • 7 协方差分析
    • 7.1 协方差分析概述
    • 7.2 协方差分析的基本原理
    • 7.3 协方差分析的计算过程
    • 7.4 R软件的应用
    • 7.5 习题
  • 8 相关与回归分析
    • 8.1 变量之间的相互关系
    • 8.2 直线相关
    • 8.3 回归分析的性质
    • 8.4 一元正态线性回归统计模型
    • 8.5 多元线性回归统计模型
    • 8.6 自变量的选择与逐步回归
    • 8.7 曲线回归
    • 8.8 应用直线回归与相关的注意事项
    • 8.9 R软件的应用
    • 8.10 习题
  • 9 实验设计
    • 9.1 实验设计概述
    • 9.2 生物实验计划
    • 9.3 完全随机设计
    • 9.4 随机单位组设计
    • 9.5 拉丁方设计
    • 9.6 交叉设计
    • 9.7 正交设计
    • 9.8 R软件的应用
    • 9.9 习题
  • 10 附件
    • 10.1 复习题
习题

习  题 

6.1 多个处理平均数间的相互比较为什么不宜用t检验法?

6.2 什么是方差分析?方差分析在科学研究中有何意义?

6.3 举例说明实验指标、实验因素、因素水平、实验处理、实验单位、重复等常用名词的含义?

6.4 单因素和两因素实验资料方差分析的数学模型有何区别?方差分析的基本假定是什么?

6.5 进行方差分析的基本步骤为何?

6.6 什么叫多重比较?多个平均数相互比较时,LSD法与一般t检验法相比有何优点?还存在什么问题?如何决定选用哪种多重比较法?

6.7 单一自由度正交比较中,各比较项的系数是按什么规则构成的?

6.8 只有两个处理的单因素实验资料既能用t检验,也可用F检验(方差分析)。试在一般数据模式的基础上证明

6.9 什么是主效应、简单效应与交互作用?为什么说两因素交叉分组单独观测值的实验设计是不完善的实验设计?在多因素实验时,如何选取最优水平组合?

6.10 两因素系统分组资料的方差分析与交叉分组资料的方差分析有何区别?

6.11 什么是固定效应、随机效应?固定模型、随机模型、混合模型?什么是方差组分?估计方差组分有何意义?

6.12 为什么要作数据转换?常用的数据转换方法有哪几种?各在什么条件下应用?

6.13 在同样饲养管理条件下,三个品种猪的增重如下表,试对三个品种增重差异是否显著进行检验。       

 

品种

 

 

增       重xij(kg)

 

 

A1

 

 

16

 

 

12

 

 

18

 

 

18

 

 

13

 

 

11

 

 

15

 

 

10

 

 

17

 

 

18

 

 

A2

 

 

10

 

 

13

 

 

11

 

 

9

 

 

16

 

 

14

 

 

8

 

 

15

 

 

13

 

 

8

 

 

A3

 

 

11

 

 

8

 

 

13

 

 

6

 

 

7

 

 

15

 

 

9

 

 

12

 

 

10

 

 

11

 

(MSe=8.57,F=6.42) 

6.14 为了研究种公牛人工授精成功怀胎率,随机选定6头种公牛,每头采集一系列精样人工授精(由同一技术人员操作),下表是每头种公牛连续的各个精样人工授精的成功怀胎率(百分数)。                                     

 

公牛

 

 

怀    胎    率 (%)

 

 

ni

 

 

1

 

 

46

 

 

31

 

 

37

 

 

62

 

 

30

 




 

5

 

 

2

 

 

70

 

 

59

 







 

2

 

 

3

 

 

52

 

 

44

 

 

57

 

 

40

 

 

67

 

 

64

 

 

70

 


 

7

 

 

4

 

 

47

 

 

21

 

 

70

 

 

46

 

 

14

 




 

5

 

 

5

 

 

42

 

 

64

 

 

50

 

 

69

 

 

77

 

 

81

 

 

87

 


 

7

 

 

6

 

 

35

 

 

68

 

 

59

 

 

38

 

 

57

 

 

76

 

 

57

 

 

29

 

 

60

 

 

9

 

 

合计

 









 

35

 

1作方差分析(因其中有数据低于30%或大于70%,须进行数据转换。(F=2.7406*)

(2)你认为这个资料应作为固定模型还是随机模型来处理比较合适?如果作为随机模型,对于F值达到显著水平应作何理解?

(3)计算 

(4)求各方差组分(方差分量)的估计值。  (=MSe=90.881,=27.899)

(5)作为练习,试对6个平均数作多重比较(q法或SSR法)

6.15 用三种酸类处理某牧草种子,观察其对牧草幼苗生长的影响(指标:幼苗干重,单位:mg)。实验资料如下:                                                   

 

处理

 

 

幼苗干重(mg)

 

 

对照

 

 

4.23

 

 

4.38

 

 

4.10

 

 

3.99

 

 

4.25

 

 

HCl

 

 

3.85

 

 

3.78

 

 

3.91

 

 

3.94

 

 

3.86

 

 

丙酸

 

 

3.75

 

 

3.65

 

 

3.82

 

 

3.69

 

 

3.73

 

 

丁酸

 

 

3.66

 

 

3.67

 

 

3.62

 

 

3.54

 

 

3.71

 

1进行方差分析(不用LSD法、LSR进行多重比较,F=33.86**)

(2)对下列问题通过单一自由度正交比较给以回答:

①酸液处理是否能降低牧草幼苗生长?

②有机酸的作用是否不同于无机酸?

③两种有机酸的作用是否有差异?

(F1=86.22**,F2=13.13**,F3=2.26)

6.16 为了比较4种饲料(A)和猪的3个品种(B),从每个品种随机抽取4头猪(共12头)分别喂以4种不同饲料。随机配置,分栏饲养、位置随机排列。从60日龄起到90日龄的时期内分别测出每头猪的日增重(g),数据如下,试检验饲料及品种间的差异显著性。(FA=11.13,FB=13.21,MSe=202.0833)。

4种饲料3个品种猪60~90日龄日增重                                       


 

A1

 

 

A2

 

 

A3

 

 

A4

 

 

B1

 

 

505

 

 

545

 

 

590

 

 

530

 

 

B2

 

 

490

 

 

515

 

 

535

 

 

505

 

 

B3

 

 

445

 

 

515

 

 

510

 

 

495

 

6.17 研究酵解作用对血糖浓度的影响,从8名健康人体中抽取血液并制备成血滤液。每个受试者的血滤液又可分成4份,然后随机地将4份血滤液分别放置04590135min测定其血糖浓度,资料如下表。试检验不同受试者和放置不同时间的血糖浓度有无显著差异。 

不同受试者、放置不同时间血滤液的血糖浓度(mg/100ml)                                                                       

 

受试者编号

 

 

放置时间(min)

 

 

0

 

 

45

 

 

90

 

 

135

 

 

1

 

 

95

 

 

95

 

 

89

 

 

83

 

 

2

 

 

95

 

 

94

 

 

88

 

 

84

 

 

3

 

 

106

 

 

105

 

 

97

 

 

90

 

 

4

 

 

98

 

 

97

 

 

95

 

 

90

 

 

5

 

 

102

 

 

98

 

 

97

 

 

88

 

 

6

 

 

112

 

 

112

 

 

101

 

 

94

 

 

7

 

 

105

 

 

103

 

 

97

 

 

88

 

 

8

 

 

95

 

 

92

 

 

90

 

 

80

 

(F=78.6**,F=28.8**) 

6.18 为了从3种不同原料和3种不同温度中选择使酒精产量最高的水平组合,设计了两因素实验,每一水平组合重复4次,结果如下表,试进行方差分析。

用不同原料及不同温度发酵的酒精产量                                                                                         

 

原料

 

 

温   度B

 

 

B1(30℃)

 

 

B2(35℃)

 

 

B3(40℃)

 

 

A1

 

 

41

 

 

49

 

 

23

 

 

25

 

 

11

 

 

12

 

 

25

 

 

24

 

 

6

 

 

22

 

 

26

 

 

11

 

 

A2

 

 

47

 

 

59

 

 

50

 

 

40

 

 

43

 

 

38

 

 

33

 

 

36

 

 

8

 

 

22

 

 

18

 

 

14

 

 

A3

 

 

48

 

 

35

 

 

53

 

 

59

 

 

55

 

 

38

 

 

47

 

 

44

 

 

30

 

 

33

 

 

26

 

 

19

 

(FA=12.68**,FB=24.88**,FA×B=2.77*,MSe=67.19) 

6.19 3头公牛交配6头母牛(各随机交配两头),其女儿第一产305天产奶量资料如下,试作方差分析,并估计方差组分。 

公牛所配母牛的女儿产奶量(kg)                                                                                 

 

公牛号S

 

 

母牛序号D

 

 

女儿产奶量C

 

 

母牛女儿头数

 

 

公牛女儿头数

 

 

1

 

 

1

 

 

5700

 

 

5700

 

 

2

 

 

4

 

 

2

 

 

6900

 

 

7200

 

 

2

 

 

2

 

 

3

 

 

5500

 

 

4900

 

 

2

 

 

4

 

 

4

 

 

5500

 

 

7400

 

 

2

 

 

3

 

 

5

 

 

4600

 

 

4000

 

 

2

 

 

4

 

 

6

 

 

5300

 

 

5200

 

 

2

 

(提示:先将每个观测值减去4000,再除以100,将数据简化后分析,这样并不影响F检验。FS=1.28,FD(S)=37.51,母牛内MSC(D) =MSe=6.92)

6.20 测得某品种猪的乳头数资料列于下表。试分析公猪和母猪对仔猪乳头数的影响,并进行方差组分的估计。

某品种猪的乳头数资料                                                                                                                              

 

公猪A

 

 

母猪B

 

 

仔猪数nij

 

 

仔猪乳头数C

 

 

A1

 

 

B11

 

 

8

 

 

14(3)

 

 

15(2)

 

 

16(3)

 


 

B12

 

 

9

 

 

15(2)

 

 

16(2)

 

 

17(5)

 


 

B13

 

 

11

 

 

12(1)

 

 

13(2)

 

 

14(5)

 

 

15(1)

 

 

16(2)

 

 

B14

 

 

10

 

 

14(2)

 

 

15(3)

 

 

16(4)

 

 

18(1)

 

 

A2

 

 

B21

 

 

9

 

 

14(1)

 

 

15(3)

 

 

16(3)

 

 

17(1)

 

 

18(1)

 

 

B22

 

 

11

 

 

13(1)

 

 

14(2)

 

 

15(5)

 

 

16(1)

 

 

17(2)

 

 

B23

 

 

12

 

 

14(4)

 

 

15(5)

 

 

16(1)

 

 

17(1)

 

 

18(1)

 

 

B24

 

 

7

 

 

13(1)

 

 

14(2)

 

 

15(1)

 

 

16(1)

 

 

17(2)

 

 

A3

 

 

B31

 

 

8

 

 

13(2)

 

 

14(5)

 

 

15(1)

 


 

B32

 

 

10

 

 

14(4)

 

 

15(6)

 



 

B33

 

 

12

 

 

13(2)

 

 

14(5)

 

 

15(2)

 

 

16(3)

 

 

合计

 

 

107

 





注:括号内数字系仔猪头数。(FA=2.05,FB(A) =3.28**,MSC(B)=MSe=1.22)

6.21 3组小白鼠在注射某种同位素24小时后脾脏蛋白质中放射性测定值如下表。问芥子气、电离辐射能否抑制该同位素进入脾脏蛋白质?(提示:先进行平方根转换,然后进行方差分析)                        

 

组别

 

 

放射性测定值(百次/min/g)

 

 

对照组

 

 

3.8

 

 

9.0

 

 

2.5

 

 

8.2

 

 

7.1

 

 

8.0

 

 

11.5

 

 

9.0

 

 

11.0

 

 

7.9

 

 

芥子气中毒组

 

 

5.6

 

 

4.0

 

 

3.0

 

 

8.0

 

 

3.8

 

 

4.0

 

 

6.4

 

 

4.2

 

 

4.0

 

 

7.0

 

 

电离辐射组

 

 

1.5

 

 

3.8

 

 

5.5

 

 

2.0

 

 

6.0

 

 

5.1

 

 

3.3

 

 

4.0

 

 

2.1

 

 

2.7

 

(F=9.45**) 

6.22 用三种不同剂量的某药物治疗兔子球虫病后,粪中卵囊数的检出结果见下表。试检验三种剂量疗效差异是否显著(提示:先作对数转换lg(x+1),然后进行方差分析)。 

某药物治疗兔子球虫病效果实验                                                                                                                

 

剂量(mg/kg)

 

 

卵    囊    数

 

 

n

 

 

(Ⅰ) 15

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

20

 

 

8

 

 

14

 

 

6

 

 

5

 

 

26

 

 

1

 

 

1

 

 

7

 

 

1

 

 

2

 

 

(Ⅱ) 10

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

1

 

 

25

 

 

8

 

 

2

 

 

3

 

 

8

 

 

20

 

 

22

 

 

38

 

 

5

 

 

3

 

 

50

 

 

10

 

 

28

 

 

15

 

 

2

 

 

1

 

 

(Ⅲ)  5

 

 

220

 

 

8

 

 

30

 

 

260

 

 

96

 

 

39

 

 

86

 

 

523

 

 

47

 

 

29

 

 

20

 

 

40

 

 

23

 

 

143

 

 

17

 

 

11

 

 

23

 

 

99

 

 

40

 

 

20

 

 

103

 

(F=38.11**) 

6.23 下表为3组大白鼠营养实验中测得尿中氨氮的排出量。试检验各组氨氮排出量差异是否显著。(提示:先作对数转换lgx,然后进行方差分析)。                                                                                 

 

组别

 

 

尿中氨氮排出量(mg/6天)

 

 

A组

 

 

30

 

 

27

 

 

35

 

 

35

 

 

29

 

 

33

 

 

32

 

 

36

 

 

26

 

 

41

 

 

33

 

 

31

 

 

B组

 

 

43

 

 

45

 

 

53

 

 

44

 

 

51

 

 

53

 

 

54

 

 

37

 

 

47

 

 

57

 

 

48

 

 

42

 

 

C组

 

 

83

 

 

66

 

 

66

 

 

86

 

 

56

 

 

52

 

 

76

 

 

83

 

 

72

 

 

73

 

 

59

 

 

53

 

(F=78.86**)