试验设计与数据处理试验设计与数据处理的发展概况本课程研究内容：研究如何合理地安排实验，有效地获得实验数据，然后对实验数据进行综合的科学分析，以求尽快达到优化实验的目的。本课程开设的目的：将数学的纯理论转向实际应用，利用数学工具解决实际的化学、化工及环境专业问题，无论是对于目前大家即将面临的专业课学习、毕业论文实验，还是将来的生产实践，都是很有必要的。试验设计与数据处理所要解决的问题二、关于实验设计与数据处理本课程中主要应用的是数理统计中的统计方法理论，主要考虑的是与实验设计有关的分析并解释实验结果的统计方法。如误差检验、方差分析、回归分析等。。凡是涉及到数据的问题，只要数据中包含有相当大的实验误差，则获得满意结果的唯一稳妥的处理方法就是统计方法，除此之外别无他择。统计方法应当作为从事工业生产的科技人员所必须掌握的一门技术，用来有效地处理工业生产中的各种问题。鉴于此，本课程重点讲授应用统计学理论来解决化学、化工及环境科学与工程中的遇到的实验问题。举例说明统计学在环境科学中的应用：“化工厂经常把有毒废弃物排放到附近的河流中，这些有毒化学品对栖息在河流中的动植物往往会产生有害的影响。众所周知的DDT就对鱼类特别有害。对生活在某河流中的鱼类进行DDT含量的调查曾是一项研究工作的一部分。该河流是一条东西流向的河流，穿过一个水库，生态学家担心受污染的鱼会从河口迁移到水库危及那里的依赖鱼类生存的其他野生动物。该河干流及其支流的鱼是否被DDT污染？受污染的鱼能迁移到上游多远的地方？（提出了假设）为了回答这个问题，调查组沿着该河干流和支流进行了实地考察，在不同的地段采集鱼样共144条（由假设拟定抽样调查的方案）；对采集来的鱼样进行分类、称重、测量长度，然后用有机溶剂提取鱼肉中的DDT，测定鱼肉中的DDT含量（从调查和试验中获取数据）。很明显，这项调查并不是去捕捞河里所有的鱼，144个DDT测定值代表着从河中之鱼DDT含量这个总体中收集的一个样本，利用收集到的数据可以比较不同地段和不同鱼种之间鱼肉中DDT的含量，并确定鱼的长度和重量与DDT含量之间是否有定量关系等等（分析数据——从样本推断总体）。此例题说明了对环境问题的分析程序是：提出假设——采样——获取数据——分析数据——从样本推断总体。涉及到的一些基本术语：总体：欲研究对象的全体，又称母体个体：组成总体的每个单元为个体（总体单位）样本：总体的一部分，即从总体中抽取的部分个体（子样）数据（data）：对研究对象进行调查和观察的结果。（定性数据、定量数据）变量（variable）：具有变异性的特征或性状的量变量：采集地点、鱼种、鱼长、鱼重、鱼中DDT的浓度定量数据：鱼长、鱼重、DDT浓度产生的数据定性数据：采集地点、鱼种变量产生的数据试验设计与数据处理的意义数据处理的目的实验可归纳为以下几种类型：（1）物化性质研究：一般不常用统计方法；（2）产品、原料等的常规分析：系统误差大于随机误差，对误差需进行一定的设计，若想获得可靠的估计值，最好的方法就是采用统计方法；（3）材料特性试验：随机误差较大，为了获得可靠的估计值，必须从相当数量的观测值中取均值，凡是涉及此类实验的研究工作，均需采用统计法的合理设计；（4）过程研究：主要涉及的是各种实验条件的优化实验，需要对各种条件变化对过程的影响进行系统性研究，需要用到统计法的实验设计与数据处理知识。本课程的讲授内容安排（1）数据处理基础：误差理论、数据的表示方法；（2）数据处理部分：有限数据的统计处理、方差分析、回归分析；（3）实验设计部分：优选法实验设计、正交实验设计。第1章试验数据的误差分析1、数据测量重复性是指在相同测量条件下，对同一被物理量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。相同测量条件既称之为“重复性条件”主要包括：相同的测量程序、相同的测量仪器、相同的观测者、相同的地点、在短期内的重复测量、相同的测量环境。若每次的测量条件相同，则在一定的误差范围内，每一次测量结果的可靠性是相同的，这些测量值服从同一分布。复现性是指在改变测量条件下，对被测量进行多次测量时，每一次测量结果之间的一致性。即在一定的误差范围内，每一次测量结果的可靠性是相同的，这些测量值服从同一分布。(4)测量方法根据给定的测量原理，在测量中所用的并按类别描述的一组操作逻辑次序和划分方法，常见的有替代法、微差法、零位法、异号法等。数据测量就是用单位物理量去描述或表示某一未知的同类物理量的大小。1.2数据测量的分类一、按计量的性质分为：检定、检验和校准检定：由法定计量部门,为确定和证实计量器具是否完全满足检定规程的要求而进行的全部工作。检定是由国家法定计量部门所进行的测量，在我国主要是由各级计量院所以及授权的实验