《农业试验统计》绪论-科学试验及其误差

1、2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作1农业试验统计2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作2第一章绪论科学试验及其误差第一讲2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作31.1 科学研究与科学试验1.1.1 生物学领域的科学研究1.1.2 科学研究的基本过程和方法2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作41.1.1 生物学领域的科学研究自然科学：理论科学实验科学主要用推理的方法（演绎、归纳）进行研究主要通过周密设计的试验进行探索科学研究是人类认识自然、改造自然、服务社会的原动力。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷

2、制作5生物学领域中所涉及的学科大多属于实验科学。科学试验抽样调查常用的研究方法：2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作6一、科学研究的基本过程1.对研究的命题形成一种认识或假说2.根据假说涉及的内容安排相斥的试验或抽样调查3.根据试验或调查资料进行推理，肯定或否定或修改假说，从而形成结论。1.1.2 科学研究的基本过程和方法形成假说试验验证结论2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作7二、科学研究的基本方法1、选题课题的选择决定了研究创新的潜在可能性。选题时必须明确其意义与重要性。理论性研究注重在未来学科发展上的重要性。应用性研究注重对未来生产发展的作用和潜力

3、。兴趣：2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作82、文献科学的发展是累积性的，通过对文献的了解可以把研究者推到研究的顶层，避免少走弯路。选题要有文献的依据，设计研究内容和方法更需文献的启示。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作93、假说假说的概念：假说是根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律性提出的一种假定性的推测和说明。构成假说的基本要素：事实基础，背景理论对现象、规律的猜测，推导出的预言和预见。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作10例如大陆飘移，是一个著名的假说。人们发现，非洲西部的海岸线和南美东部的海岸线彼此形

4、状相吻合。对此，当时的地质学理论，如地球收缩说，就不能解释。1910年，德国地球物理学家魏根纳依据已知的力学原理、海岸形状、地质和古气候方面的有限数量的科学材料，提出了大陆不是固定的，而是可以飘移的假定。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作114、假说的检验假说的检验方法：逻辑分析和实践检验两个步骤。逻辑分析：判断假说的可检验性。实践检验：分为直接检验和间接检验。 直接检验:即用观察和实验直接观测科学假说的实质内容，以证实或否证科学假说。 间接检验：即用观察和实验观测来检验假说基本命题所推演出来的结论或预言。通常用逻辑推演与实践证明相结合的方式。2022/9/3西南科技大学

5、生命科学与工程学院周海廷制作125、试验的规划与设计围绕检验假说而开展的试验，需要全面、仔细地规划与设计。试验所涉及的范围要覆盖假说涉及的各个方面，以便对待检验的假说作出无遗漏的判断。注意：生物学试验中结果的“重演性”及比较试验中的“唯一差异性原则”。在试验条件相当的情况下，重复试验应得到相同的试验结果。除需要比较的因素以外，其余的因素必须保持在同一水平。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作131.2 试验误差及其控制1.2.1 试验数据的误差和精确性1.2.2 试验误差的来源1.2.3 试验误差的规律性1.2.4 试验误差的层次性2022/9/3西南科技大学生命科学与工程

6、学院周海廷制作141.2.1 试验数据的误差和精确性观察值(observation):将每次所取样品测定的结果称为一个观察值，记为yi。例如：测定绵农4号小麦品种的株高，得到以下数值(单位：cm)：90、91.5、93、89、90.8其中的每一个数值就是一个观察值。如果没有误差，上述观察值就不会出现差异，并始终保持一个恒定的值，这个值称为理论值或真值，以表示。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作15由于误差是客观存在的，所以：观察值真值误差用代数式表示为： yi i式中i代表误差，故： i yi 误差(error):观察值与真值之间的差异。2022/9/3西南科技大学生命科

7、学与工程学院周海廷制作16误差的分类：随机误差(random error)：完全是偶然的，找不出确切原因引起的误差，也称偶然性误差(spontaneous)。系统误差(systematic error)：有一定原因引起的误差，也称偏差(bias)。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作17准确性：观察值与理论值之间的符合程度。精确性：指观察值之间的符合程度。下面用例子说明误差与准确性和精确性之间的关系。系统误差使数据偏离了其理论值，影响数据的准确性。偶然误差使数据相互分散，影响了数据的精确性。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作181.2.2 试验误差的来

8、源系统误差来源于各种研究领域中，可能产生的、有一定原因的系统偏差。随机误差来源于试验过程中各种偶然因素的影响，试验的环节愈多，时间愈长，随机误差发生的可能性及波动性便愈大。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作191.2.3 试验误差的规律性系统误差源自某种系统性原因，它的规律性比较明显。随机误差就个体而言，很难寻找它的规律性；但对一个比较大的群体，也有规律可循。如数量性状的随机误差在理论上服从正态分布。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作201.2.4 试验误差的层次性这里用一个例子说明误差的层次性问题：取100个30g大豆种子的样品测定蛋白质含量。第一

9、层次的误差：来源于抽样引起的误差。第二层次的误差：从30g种子中取2g进行分析，要求测定两次，两次测定结果若相差太大还需进行第三次测定。可见第二层次的误差来源于测定过程的误差。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作211.3 生物统计学的概念定义：生物统计学是以概率理论为基础，研究生命科学 中随机现象规律性的方法论科学。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作22生物学是一门实验科学。不管你从事的是生物学的哪一个分枝，都不可能完全脱离实验，只进行逻辑推理。而实验所得到的结果几乎无例外地都带有或多或少的不确定性，即实验误差。在这种情况下不用统计学要想得到正确的结

10、论是不可能的。可以毫不夸张地说，作为一个实验科学工作者，离开了统计学就寸步难行。希望大家通过这门课程的学习，能够掌握常用的统计方法，尤其是它们的条件，适用范围、优缺点等，从而能够应用它们去解决实践中遇到的问题。 2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作231.4 生物统计学的主要内容1、提供整理和描述数据的科学方法我们用教材P37表3.1的例子来说明这个问题。2、提供由样本推论总体的科学方法所谓总体（Population)就是由性质相同的个体所组成的集团。统计学上所涉及的总体，其中的个体数（总体容量）N一般情况下趋于无穷大。因此无法对总体进行研究。例如：计算总体平均数2022/

11、9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作24这个公式十分简单，把总体中所有观察值相加，再除以观察值个数就行了，但由于N，我们无法完成计算。样本（Sample):是总体的一部分。其容量用n表示，样本容量n一般都不是很大，因而，可以计算出样本的平均数：因此统计学的重要任务之一，就是用样本的结果去推断总体的结果。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作253、提供通过误差分析以鉴定处理效应的科学方法例如有两个小麦品种A和B，A品种每公顷产量为5000kg，B品种每公顷产量为4500kg，两个品种之间相差500kg。是否可以下结论说：A品种比B品种产量高？答案是：否！因为：yA

12、AiyB Bi2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作264、提供探索事物间互相联系的科学方法。5、提供进行科学试验设计的一般方法和重要原则。yA与之间的yB差异有两种可能：其一： A与B之间存在差异（但我们无法计算）其二：误差的影响。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作271.5 试验统计学的发展及其学习要求1.5.1 试验统计学的发展1.5.2 授课计划学习要求2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作2817世纪Pascal和Fermat的概率论18世纪De Moiver、Laplace和Gauss的正态分布理论19世纪达尔文研究生物界的

13、连续变异；孟德尔发现性状分离、独立分配遗传规律；Karl Pearson研究进化问题，创建了Biometrika杂志；Glaton研究了亲子身高的回归问题。20世纪以来， Gosset发现了t分布Fisher提出了方差分析、建立了试验设计的三大原理、并提出了随机区组、拉丁方等试验设计，尤其是1925年出版的“Statistical Methods for Reasarch Workers”形成了试验统计学较为完整的体系。1.5.1 生物统计学的发展2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作29Yates、Yule等发展了一系列的试验设计。Neyman和E.S.Pearson建立了

14、统计推断的理论。Snedecor建立了统计试验室并出版了“Statistical Methods Applied to Experiment in Agriculture and Biology”。Wald建立了序贯分析和统计决策函数的理论。Cochran和Cox系统地归纳了试验设计和抽样方法研究的进展，出版了“Experimental Design”和“Sampling Technique”。2022/9/3西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作301.5.2 授课内容与学习要求授课内容第一章绪论第二章次数分布和平均数、变异数 第三章理论分布与抽样分布 第四章统计推断第五章方差分析第六章卡平方测验 第七章常用试验设计及其统计分析 第八章直线回归和相关 2022/9/3西南科技大学生命科