7实验误差及控制.ppt
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1、第七节第七节 实验误差及其控制实验误差及其控制 魏敏杰魏敏杰 阮阮 强强 陈陈 杰杰 王振宁王振宁 单凤平单凤平 孟繁浩孟繁浩 富伟能富伟能 陈陈 磊磊中国医科大学中国医科大学1 1、真值、真值(true value)true value):反映事物总体真正的:反映事物总体真正的实际值实际值2 2、误差、误差(error)error):实验所得到的:实验所得到的观测值观测值与真值之间所存在与真值之间所存在的差距的差距(非主观原因(非主观原因)在整个实验过程中,从抽样、分组,直到施加处理因素在整个实验过程中,从抽样、分组,直到施加处理因素及收集数据资料,都可能受到各种各样干扰因素的影响,及收集数
2、据资料,都可能受到各种各样干扰因素的影响,因此所获得的因此所获得的实验数值实验数值往往不能与总体的往往不能与总体的真值真值完全符合,完全符合,这点已经被无数的科研工作所证实。这点已经被无数的科研工作所证实。一、一、基本概念基本概念 3 3、实验误差种类(、实验误差种类(experimental error)experimental error)系统误差系统误差 随机误差随机误差 过失误差过失误差一、一、基本概念基本概念1 1、定义:、定义:又称为又称为偏倚偏倚(bias)(bias)由某种由某种固定的原因固定的原因(如方法技术、仪器和试剂、如方法技术、仪器和试剂、实验条件、顺序等)所造成的误差
3、。实验条件、顺序等)所造成的误差。2 2、系统误差二个重要特性:系统误差二个重要特性:单向性。单向性。偏差的方向一致(偏高或低);偏差的方向一致(偏高或低);可消除性。可消除性。找出原因,通过合理设计或控找出原因,通过合理设计或控 制原因,即可基本消除或减小至最小程度。制原因,即可基本消除或减小至最小程度。不能用统计学方法处理不能用统计学方法处理二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(1 1)方方法法技技术术误误差差 是是由由于于分分析析的的方方法法和和技技术术本本身身的的原原因因引引起起的的误误差
4、差。如如选选用用的的方方法法不不当当、技技术术熟熟练练程程度度差差、操操作作规规程程错错误误、量量和和时时间间的的概概念念不不强强以以及及检检验验质质量量控控制制不不严等。严等。(2 2)仪仪器器和和试试剂剂误误差差 主主要要表表现现在在设设备备条条件件方方面面,包包括括各各种种检检测测仪仪器器、仪仪表表、器器械械、测测量量工工具具及及实实验验室室各各种种常常用用的的物物品品等等。凡凡是是由由于于实实验验过过程程中中所所用用器器具具的的不不准准确确性性造造成的误差,皆属仪器误差。成的误差,皆属仪器误差。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic erro
5、r)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(3 3)条件条件误差误差 主要表现在受试对象所处的主要表现在受试对象所处的实验室条件实验室条件和和环环境条件境条件二方面。二方面。实验条件实验条件控制不好,如季节、控制不好,如季节、时间、温度、时间、温度、pHpH值、受试因素未标准化与固定值、受试因素未标准化与固定化(如药材的产地、采取的时间化(如药材的产地、采取的时间)等,往)等,往往使所获得的观测数值不同,这种差别一般称往使所获得的观测数值不同,这种差别一般称为条件误差。为条件误差。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的
6、种类、系统误差的种类(3 3)条件条件误差误差 环境条件环境条件的变化体现在时间与空间上,为避免条件误差的的变化体现在时间与空间上,为避免条件误差的产生,要求实验组与对照组的处理和观察均应在产生,要求实验组与对照组的处理和观察均应在同一时间同一时间和和空间空间内进行,不能一前一后,也不能两地分置,对实验组和内进行,不能一前一后,也不能两地分置,对实验组和对照组的受试对象应遵照对照组的受试对象应遵照公平对待公平对待和和条件等同条件等同的原则。的原则。例如,不能将实验组的动物放置在阳光充足,通风良好,饮例如,不能将实验组的动物放置在阳光充足,通风良好,饮食、供水及时的场所,而对照组的动物放在阴冷潮
7、湿的角落,食、供水及时的场所,而对照组的动物放在阴冷潮湿的角落,饮食和供水也不及时。饮食和供水也不及时。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(3 3)条件条件误差误差 如果研究的对象是病人,应使二组病人所处病室如果研究的对象是病人,应使二组病人所处病室内的温度、湿度、照明、声响、营养饮食乃至医务内的温度、湿度、照明、声响、营养饮食乃至医务人员的服务态度等诸方面大致相同。如果实验的工人员的服务态度等诸方面大致相同。如果实验的工作量不大时,最好能集中在同一时间内一气呵成,作量不大时,最好能集中在同一时
8、间内一气呵成,如果实验时间需要很长,则必须控制环境条件中重如果实验时间需要很长,则必须控制环境条件中重要因素的恒定。要因素的恒定。实实验验条条件件控控制制的的不不好好,就就会会发发生生处处理理因因素素与与非非处处理理因因素素的的交交叉叉,甚甚至至无无法法判判断断某某些些实实验验结结果果是是哪哪个个实实验因素造成的。验因素造成的。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(4 4)顺序误差)顺序误差 是一种特殊形式的条件误差。是一种特殊形式的条件误差。实验总是有先有后按照一定的顺序进行,生物的许多实验总是
9、有先有后按照一定的顺序进行,生物的许多机能和反应性都有随着时间有节律性动摇的特性,如果机能和反应性都有随着时间有节律性动摇的特性,如果将实验组与对照组的实验顺序固定,就忽略了时间变化将实验组与对照组的实验顺序固定,就忽略了时间变化影响实验效应的因素;另外顺序误差也体现在实验操作影响实验效应的因素;另外顺序误差也体现在实验操作者的精力和体力的疲劳方面者的精力和体力的疲劳方面.最后结果中的差别,很难明确地说明是实验因素的效最后结果中的差别,很难明确地说明是实验因素的效应还是隐藏在固定顺序中的顺序误差所造成的。应还是隐藏在固定顺序中的顺序误差所造成的。二、二、系统误差系统误差(systematics
10、ystematic error)error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(4 4)顺序误差)顺序误差 当不同的组不是同时进行,而是按一定顺序先后当不同的组不是同时进行,而是按一定顺序先后进行实验时,如果时间拖得较久,即可能发生误进行实验时,如果时间拖得较久,即可能发生误差。当在同一个体按一定顺序先后进行不同处理差。当在同一个体按一定顺序先后进行不同处理时,如果时间相隔较短,先前的处理可能影响机时,如果时间相隔较短,先前的处理可能影响机体对后继处理的反应。体对后继处理的反应。防止顺序误差较好的办法是在实验的顺序中适当防止顺序误差较好的办法是在实验的顺序中适当的采用随机化原则(随机抽样、
11、随机分组的采用随机化原则(随机抽样、随机分组 )。)。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(5 5)分配误差)分配误差 是由是由分组不够合理分组不够合理所造成。在分组过程中,由于方法上的所造成。在分组过程中,由于方法上的不当,往往会出现一些不当,往往会出现一些偏性偏性。如验证某一新疗法或新药的疗。如验证某一新疗法或新药的疗效时,或是通过实验来实现研究者的主观愿望时,常常自觉效时,或是通过实验来实现研究者的主观愿望时,常常自觉或不自觉地把病情较轻或是容易治愈的患者编入实验组,以或不自觉地把病情较轻或
12、是容易治愈的患者编入实验组,以便取得更多的阳性数。因为这种意愿,首先就会在主观意识便取得更多的阳性数。因为这种意愿,首先就会在主观意识中形成一种偏性,带入到分组过程而形成分配误差。中形成一种偏性,带入到分组过程而形成分配误差。实验中的分配误差基本上可以控制,最有效的方就是实验中的分配误差基本上可以控制,最有效的方就是随机随机分组分组。二、二、系统误差系统误差(systematic error)(systematic error)3 3、系统误差的种类、系统误差的种类(6 6)主观误差)主观误差 是研究者在是研究者在观察结果时观察结果时自觉或不自觉地带有主观片面性所自觉或不自觉地带有主观片面性所
13、造成的。研究者总是希望实验结果能与设计假说符合,所以造成的。研究者总是希望实验结果能与设计假说符合,所以在观察结果时可能将符合主观愿望的结果一律保留,不符合在观察结果时可能将符合主观愿望的结果一律保留,不符合主观愿望的结果则寻找借口予以排除。主观愿望的结果则寻找借口予以排除。要避免主观误差给研究结果或结论带来不应有的影响,研究要避免主观误差给研究结果或结论带来不应有的影响,研究者必须坚持者必须坚持实事求是实事求是的科研准则,是即是,非即非,否则即的科研准则,是即是,非即非,否则即使一时能自圆其说,但最终仍经不住实践的检验。使一时能自圆其说,但最终仍经不住实践的检验。二、二、系统误差系统误差(s
14、ystematic error)(systematic error)排排除除系系统统误误差差后后随随机机发发生生的的误误差差,包包括括偶偶然然误误差差和和抽抽样样误误差差,具具有有可可变变性性和和不可避免性不可避免性。三、随机误差三、随机误差(random error)(random error)1 1、随机误差的种类:、随机误差的种类:(1 1)偶然误差偶然误差 (accidental error)(accidental error)是由一些是由一些暂时暂时无法控制的无法控制的微小因素微小因素所造成的误所造成的误差。差。偶偶然然误误差差几几乎乎不不可可避避免免,误误差差的的大大小小完完全全由
15、由偶偶然然性性来来决决定定,例例如如实实验验过过程程中中微微小小气气候候与与周周围围电电磁磁场的微小变动,仪器性能的微小变化等。场的微小变动,仪器性能的微小变化等。三、随机误差三、随机误差(random error)(random error)1 1、随机误差的种类:、随机误差的种类:(2 2)抽样误差抽样误差(sampling error)(sampling error)是抽样的是抽样的样本样本与与总体总体之间总是存在着或多或少的差之间总是存在着或多或少的差异。异。总体(总体(popu1ationpopu1ation)是研究对象的全体;是研究对象的全体;样本(样本(samplesample)
16、是从总体中抽取的一部分个体。是从总体中抽取的一部分个体。在科研中几乎都是用抽样的研究方法来说明被研究在科研中几乎都是用抽样的研究方法来说明被研究对象的总体。对象的总体。三、随机误差三、随机误差(random error)(random error)1 1、随机误差的种类:、随机误差的种类:(2 2)抽样误差抽样误差(sampling error)(sampling error)为了准确地表示样本内各个观测值的变异程度,人们为了准确地表示样本内各个观测值的变异程度,人们首先会考虑到以平均数为标准,求出各个观测值与平首先会考虑到以平均数为标准,求出各个观测值与平均数的离差,即均数的离差,即 ,称为
17、,称为离均差离均差。虽然离均差能。虽然离均差能表达一个观测值偏离平均数的性质和程度,但因为离表达一个观测值偏离平均数的性质和程度,但因为离均差有正、有负,离均差之和为零,即均差有正、有负,离均差之和为零,即 =0 =0,因而不能用离均差之和,因而不能用离均差之和 来表示资料中所有来表示资料中所有观测值的总偏离程度观测值的总偏离程度。三、随机误差三、随机误差(random error)(random error)先将各个离均差平方,即先将各个离均差平方,即 ,再求离,再求离均差平方和,即均差平方和,即 ,简称,简称平方和平方和,记为记为SSSS;由于离差平方和常随样本大小而;由于离差平方和常随样
18、本大小而改变,为了消除样本大小的影响,用平方改变,为了消除样本大小的影响,用平方和除以样本大小,即和除以样本大小,即 ,求出,求出离均离均差平方和的平均数差平方和的平均数(总体方差总体方差2 2);统计量统计量称为均方(称为均方(mean squaremean square缩写为缩写为MSMS),又称又称样本方差样本方差,记为,记为S S2 2,即,即 S S2 2=SD:SD:标准差标准差 n-1n-1:自由度:自由度 三、随机误差三、随机误差(random error)(random error)实际工作中,总体标准差实际工作中,总体标准差 往往往往是未知的,是未知的,一般可用样本标准差一
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