生物统计学介绍ppt课件.ppt

生物统计学Biostatistics绪论 Introduction,2016.2,联系方式,高波13988060490gb_,一、什么是生物统计学?统计学(Statistics)是关于数据（data）的科学，论述收集、分析并解释数字信息的一门学科，包括设计、收集、整理、分析和表达等步骤。生物统计学(Biostatistics)是一门探讨如何从事生物学实验研究的设计、取样、分析、资料整理与推论的科学。统计方法是现代生物学研究不可缺少的工具。正确的统计分析能够帮助我们正确认识事物客观存在的规律性。,第一节 概述,根据研究领域和研究对象，统计学又分为：数理统计、经济统计、生物统计、医学统计、卫生统计等生物统计学（Biostatistics)：用统计学的原理和方法研究生命科学中的问题的学科。医学统计学（medical statistics）卫生统计学（health statistics）田间试验和统计,教学大纲中对“生物统计学”的简介,生物统计学是生物学学科平台的平台必修课，适用于生物科学、生物技术两个专业。生物统计学是建立在概率论和高等数学基础上的有关生物学科研实验设计与数据处理的理论与方法的学科，是生物学研究中发现、分析和解决问题的重要手段和进行生物学科学研究所必须掌握的工具。掌握生物统计学的理论与方法，就能获得有效的实验结论，就能准确解读科研论文中前人的研究成果。学习和掌握试验设计、数据收集与整理、数据统计分析、统计结果解读等生物统计学理论与方法还有利于提高与巩固生物技术、生物科学专业教学计划中各项专业课程的教学效果，有利于毕业论文质量的进一步提高。,随处可见的统计学问题,食用醋能预防感冒吗？英语考试中哪种题型错误率更高？学习时间与学习效果间是否相关？天气预报准确吗？体育彩票能否中奖？云南省21岁青年健康指标与东部省份的差距有多大？考试不挂科的概率是多大？,生物统计学的应用范围,持续发展与环境保护资源保护与利用生态学研究分子生物学中的统计方法高科技农业研究中的统计方法 生物制药技术中的统计方法流行病规律研究与探索的统计方法数量遗传学研究中的统计方法生物信息学研究的统计方法,（1）提供整理和描述数据资料的科学方法，确定某些性状和特性的数量特征。（2）判断试验结果的可靠性。（3）提供由样本推断总体的方法。（4）提供试验设计的一些重要原则。,生物统计学的价值,21世纪是生命科学的世纪，人类不久将完全揭示人类基因排序，生物统计将起到重要作用。19世纪中叶基因学说的创立，依赖于统计推断技术。21世纪生命科学中将有大量的相关研究要借助统计方法与技术，这个领域的学者将大有作为。21世纪医学领域的科技创新，将使许多不治之症得到解决，生物制药将在医学领域大放异彩，统计学方法在生物制药技术中的广泛应用将是不争的事实。国外的生物统计人员极易找到高薪的工作就足以说明这一领域的广阔前景。,孟德尔实验,1.采用统计学方法，发现不确定现象背后隐藏的规律。变异（Variation）是社会和生物医学中的普遍现象。许多个体之所以能汇集成一个总体，必定存在共同的特征，共同的特征是他们的同质性，但个体之间又不是完全相同的，这种个体之间的差异就是变异。变异使得实验或观察的结果具有不确定性，如每个人的身高、体重、血压等各有不同。,二、为什么要学统计学？,All the Chinese look alike！,最大值=6.18,最小值=3.29,极差=2.89 算术均数=4.72，标准差=0.57。,2.用统计学思维方式考虑有关生物学研究中的问题“阳性”结果是否是虚假联系？某感冒药治疗1周后，治愈率为90%，能否说该感冒药十分有效？“阴性”结果是否是样本含量不足？有人曾对发表在Lancet,N Engl J Med，JAMA等著名医学杂志上的71篇阴性结果的论文作过分析，发现其中有62篇（93%）可能是由于样本含量不足造成的假阴性。,3.保证你的研究论文能通过统计学审查 据国外6080年代对不同医学杂志发表论文的调查结果显示，有统计错误的论文所占比例高达72%，最低也有20%。国内1984年对中华医学杂志、中华内科杂志、中华外科杂志、中华妇产科杂志、中华儿科杂志595篇论文的调查结果，相对数误用为11.2%，抽样方法误用15.9%，统计图表误用11.7%。某研究者1996年对4586篇论文统计（中华医学会系列杂志仅占6.9%），数据分析方法误用达55.7%。,JAMA，新英格兰医学杂志（NEJM）、英国医学杂志、中华医学会杂志对来稿都有统计学要求或统计学指导。国际生物医学杂志编辑协会在其生物医学期刊投稿的统一要求中也包含了统计学要求。Uniform Requirements for Manuscripts Submitted to Biomedical Journals,4.获得循证医学证据的主要手段“良好愿望的医学”（well-meaning medicine）转入“以证据为基础的医学”（evidence-based medicine，EBM）需要有统计学方法的支持。全世界的医学期刊每年大约刊登600万学术论文，但能作为可靠“证据”的论文并不多。,生物统计学课程介绍Course Introduction,生物统计学教学目标,掌握一系列生物统计学的基本概念掌握单变量或单因素的统计分析的原理掌握统计学的一般原理和方法在生物学中的应用应用SPSS和EXCEL解决常见的统计学问题,生物统计学主要教学内容,统计数据的收集与整理概率与概率分布抽样分布统计推断拟合优度检验与列联表卡方检验方差分析回归与简单相关分析实验设计EXCEL和SPSS的一般应用,课程历史沿革,3学分2学分理论+1学分实验2学分有何变化呢 理论部分内容缩减、难度大幅下降，上机实践部分延续扩展；理论为实践铺路。,课程教学建设网络示范课程双语教学课程自主学习方式教学WHAT？WHY？HOW？以泛读为主，下划线英文须精读。,教学重点及难点,本课程教学的全过程可以看成是一个生物信息搜集、处理、分析，从而提炼新的生物信息的过程。教学重点是通过生物现象的数量观察、对比、归纳和分析，揭示那些困惑费解的生物学问题，从偶然性的剖析中，发现事物的必然性，指导生物科学的理论和实践。本课程的难点是概念较多、理论抽象、系统严密、实践性强、公式复杂、符号繁多、计算量大。,建议学习方法,预习：认真细致，把能看懂的看了，留下问题。概念：黑体，部分术语重点掌握，需牢记该名词的英文，定义，特点，用途，表示方法，举例，同义词，分析方法等。基本原理和公式：部分公式需牢记，理解公式的含义、应用条件和注意事项，明确结果的统计学意义，不必深究推导。例题和习题很重要，鼓励交流，独立完成。,5.SPSS和EXCEL：掌握相关软件的一般应用，事半功倍。软件学习要耐心细致、不怕失败、勤学好问、理论与实践相结合、课后多练习6.培养科学的统计思维方法。结合专业，了解统计方法的实际应用。7.复习：认真细致，抓住重点。8.其它注意事项：科学计算器，每次上课必须带上一张空白作业纸，欢迎交流和提出意见和建议。9.学习小组：合作完成探究式学习任务。积极参加网络教学平台互动。,课程网站,链接http:/,参考文献,1生物统计学(第三版)，李春喜等编著，科学出版社，2005;2生物统计学题解及练习（第二版），杜荣骞，高等教育出版社，2003;3 生物统计附试验设计 动物科学 动物医学专业用，明道绪主编，中国农业出版社，2002;4SPSS统计教程从研究设计到数据分析，丁国盛，李涛编著，机械工业出版社，2006;5SPSS11统计分析教程，张文彤主编，北京希望电子出版社，2002;6 http:/http:/www.stat.ucla.edu8 生物统计学(中英文对照)，（美）安东尼N格拉泽编著，中信出版社，2004;,纪律要求及考核办法,不要迟到早退,不要随意缺课，一经发现扣除平时成绩，缺席三次拒考；上课关掉手机或设为振动；严禁使用电脑、手机做与课程无关事情。爱护公用设备，座位固定。考核方式：闭卷考试和上机考查。成绩构成：期末考试成绩占60%，期中考试成绩占10%，平时成绩20%，学习态度和自主学习表现10%；平时成绩以考勤情况，课堂表现，网络学习表现，上机操作表现，学习小组讨论和作业情况为依据。,第二节 统计学常用的基本概念,1、变量可以测量的任何特征或属性Any characteristic or attribute that can be measured。（不同个体结果可能不同）2、随机变量在概率论中称变量为随机变量3、观测值（observed value）、变量值（value of variable）、资料（data）变量的测得值。,一、变量与随机变量Variable and random variable,什么是随机？,下划线的英文单词要记住,变量可是定量的，也可以是定性的。定量变量（quantitative variable）：亦称为数值变量，变量值是定量的，表现为数值大小，一般有度量衡单位。e.g.身高、体重。定性变量（qualitative variable）：亦称为分类变量，其变量值是定性的，表现某个体属于几种互不相容的类型中的一种。e.g.血型，豌豆花的颜色。常数（constant）：是不能给予不同数值的变量，代表事物特征和性质的数值。e.g.样本平均数，标准差。,对随机变量的取值过程为测量。取值所采用的标准为测量尺度。,二、测量和测量尺度,采用统一的标准化的尺度进行测量，其测量结果一般是稳定的和一致的，例如身高、胸围等形态指标的测量均采用统一的测量尺度(全国统一研制的身高计、胸围尺均以厘米为记录单位，体重以公斤为记录单位，肺活量以毫升为单位等),三、总体与样本 population and sample,总体（population）：根据研究目的确定的同质研究对象的全体（集合）。分有限总体与无限总体。个体(individual)样本（sample）：从总体中随机抽取的若干个个体所构成的集合。样本单位（sample unit）样本含量（sample size），记为n。,样本个体数目的n30的称为小样本 n 30的称为大样本,随机抽样 random sampling,为了保证样本的可靠性和代表性，需要采用随机的方法抽取样本（在总体中每个个体具有相同的机会被抽到）。,四、参数与统计量 parameter and statistic,总体参数：总体的统计指标，如总体均数、标准差，采用希腊字母分别记为、。固定的常数。,样本,抽取部分观察单位,统计量,参数,推断inference,样本统计量：样本的统计指标，如样本均数、标准差，采用英文字母分别记为。参数附近波动的随机变量。,总体,五、误差（Error）测量值=真实值+随机误差+非随机误差1随机误差（随机抽样误差，random error）：由于试验中许多无法控制的偶然因素所造成的试验结果与真实结果之间产生的误差，是不可避免的，不能消除的。2系统误差（systematic error）受确定因素影响，大小变化有方向性。某种程度上可以控制（可以消除）。3非系统误差（错误）研究者偶然失误而造成的误差。,偏差bias,六、准确度与可靠度,准确度(accuracy)或真实性（validity）：观察值与真值的接近程度，受系统误差的影响。可靠度（reliability）也称精确度(precision)或重复性（repeatability）：重复观察时观察值与其均值的接近程度，受随机误差的影响。,一、研究设计二、搜集数据三、整理数据四、分析数据 五、结果呈报与解释,第三节 统计工作的基本步骤,1.调查设计（survey design）对研究对象不施加任何干预，通常建立随机抽样（random sampling）方案。2.实验设计（experiment design）对研究对象施加干预，如动物实验研究、临床试验，通常建立随机分组（random allocation）方案。,一、研究设计,统计资料的来源与分类,原始统计数据的来源常规保存数据医院信息系统（HIS）、统计报表等2.现场调查记录3.实验记录4.其他,数据类型：离散型数据 连续型数据,实验设计的三个基本原则1随机化（randomization）2.对照（control）3重复（replication）,Fisher 在他的著作中多次强调，统计学家与科学研究者的合作应该在实验设计阶段，而不是在需要数据处理的时候。“试验完成后再找统计学家，无异于请统计学家为试验进行“尸体解剖”。统计学家或许只能告诉你试验失败的原因。”,二、搜集数据（data collection）,搜集资料要遵循准确、完整、及时三个原则。资料搜集计划包括：选择搜集资料的地点、人员和时间；搜集资料人员的培训方案；预调查或预实验方案拟定；资料的记录方式；调查表的拟订和印刷；调查或实验仪器、试剂的准备；调查资料的抽样复核比例和方法；搜集资料所需经费的准备等。,三、整理资料（data sorting）,目的是将搜集到的原始资料系统化、条理化，便于进一步计算与分析。编码，将数据输入计算机纠错改错、补漏等,四、分析资料（data analysis）,描述统计学（descriptive statistics）是指用统计指标、统计图、统计表等方法，对数据的特征及其分布规律进行检测与描述。推断统计学（inferential statistics）是通过随机样本信息推断总体特征的过程。区间估计（interval estimation）假设检验（hypothesis test）,统计学软件运用基础,（1）常用的几种统计和数据分析软件介绍,SPSSSASEXCELDPS,SPSS,SPSS（Statistical Product and Service Solutions）是世界上最早的统计分析软件，由美国斯坦福大学的三位研究生Norman H.Nie、C.Hadlai(Tex)Hull和Dale H.Bent于1968年研开发成功。SPSS软件广泛地应用于自然科学、技术科学、社会科学的各个领域。世界上许多有影响的报刊杂志纷纷就SPSS的自动统计绘图、数据的深入分析、使用方便、功能齐全等方面给予了高度的评价。,SPSS是世界上最早采用图形菜单驱动界面的统计软件，它最突出的特点就是操作界面极为友好，输出结果美观漂亮。它将几乎所有的功能都以统一、规范的界面展现出来，使用Windows的窗口方式展示各种管理和分析数据方法的功能，对话框展示出各种功能选择项。用户只要掌握一定的Windows操作技能，粗通统计分析原理，就可以使用该软件为特定的科研工作服务。SPSS采用类似EXCEL表格的方式输入与管理数据，数据接口较为通用，能方便的从其他数据库中读入数据。,SAS,SAS（Statistics Analysis System）软件是由北卡罗来纳州立大学两位生物统计学研究生所编写及制定，最早只是一个数学统计软件，于1976年由Jim Goodnight及John Sall博士等人成立统计分析系统公司，并且正式推出相关软件。SAS是目前国际上最为流行的一种大型统计分析系统，被誉为统计分析的标准软件。SAS已被广泛应用于政府行政管理，科研，教育，生产和金融等不同领域，并且发挥着愈来愈重要的作用。尽管现在已经尽量“傻瓜化”，但是由于SAS的使用必须熟悉编程语言，因此仍然需要一定的训练才可以使用，更适合经过训练的专业人士使用。,Excel,Excel软件严格说来并不是统计软件，但作为数据表格软件，必然有一定统计计算功能。Excel运用于统计分析的优点是作为一款耳熟能详的统计软件比较容易上手，并且大多数电脑均安装有Excel，使用便利（安装 Office时必须安装数据分析的功能）。然而，对于简单统计分析，Excel还算方便，但随着问题的深入，Excel就不那么得心应手，需要使用函数，甚至根本没有相应的分析方法，最终仍然需要借助于专业统计软件进行分析。,DPS,DPS（Data Processing System）数据处理系统是目前国内唯一一款实验设计及统计分析功能齐全、价格上适合于国内用户、资料信息方面可确保用户安全、国产的具自主知识产权统计分析软件。该系统研发始于1988年，系统采用多级下拉式菜单，用户使用时整个屏幕犹如一张工作平台，随意调整，操作自如，故形象地称其为DPS数据处理工作平台，简称DPS平台。,（2）SPSS和EXCEL的安装及操作界面介绍、数据文件建立及格式转换,安装,将regedit.exe复制到SPSS安装目录，双击后点击“patch it”完成注册,SPSS软件界面,SPSS for windows主窗口,表尺栏,当前数据栏,标题栏,菜单栏,工具栏,数据输入区,数据编辑区,上机0-1 请熟悉SPSS软件主窗口各部分组成。,Variable View表,Variable View表,Variable View表中一行描述一个变量的属性特征，依次为：Name：变量名，必须以字母、汉字及开头，总长度8字符，最后一个字符不能为句号。Type：变量类型，总共8种，最常用数值型N，其次字符型S，日期型D,逗号型C。Width：变量所占宽度。Decimals：小数点后的位数。Lable：变量标签。Values：变量值标签。Missing：缺失值的处理方式。Align：数据对其格式（默认为右对齐）。Columns：变量在date view 中所显示的列宽度（默认为8）。Measure：数据的测度方式。,定义变量,定义变量,选中左键双击,定义,上机0-2 请建立SPSS文件,操作过程：FileNewData，在变量1处依次录入1、1、1、2、2、2，在变量2处依次录入182、171、169、166、174、169；在variable view界面中对变量定义：变量1名称为性别，变量2名称为身高，小数点位数改为1；将数据文件保存为“学号姓名 1-2”文件。,注意,上机实验一结果保存路径L:生物统计学教学班（周一或周二教学班）学号姓名命名文件夹绪论。以此类推，以后实验的结果也需分别建立文件夹。,一个Excel工作簿（book）可显示255个工作表（sheet），每一工作表由65536行256列的表格组成。行号（如1、2、3，范围：165536）和列标（如A、B、C，范围：AIV）分别用数字和字母表示。每张工作表的最多可容纳65536个观察个体、256个变量。,SPSS有很好的兼容性，它能把DBASE、FOXBASE、FOXPRO及EXCEL所建立的数据文件读入并进行统计分析。SPSS数据文件也可以转存为EXCEL文件。,EXCEL数据统计分析工具,安装“数据分析”工具的方法：单击“工具加载宏”，弹出加载宏界面。选取“分析工具库”等，按确定键，根据屏幕提示进行安装。如果以前的Excel不是完全安装（特别推荐采用完全安装格式进行安装），还需按照安装提示插入相同版本的Office盘进行安装。安装完“加载宏”后，打开“工具”菜单，即可发现“数据分析”选项。单击菜单中的“工具数据分析”，可弹出数据分析菜单界面。,（3）SPSS和EXCEL的一般操作注意事项及使用经验,SPSS和EXCEL的一般操作注意事项及使用经验,SPSS软件中数据排列形式与EXCEL有所不同，SPSS是以每一列为一个变量来编排数据，而EXCEL既可以以列为变量，也可以行为变量。此外，SPSS数据应自上而下、自左而右编排数据，不要有无意义空格。SPSS软件最好不要汉化。学习使用英文界面。SPSS中小数点前若是0则不显示，如0.15为“.15”。安装OFFICE时必须安装完整版，否则EXCEL无法加载统计分析工具。,（4）Excel常用统计函数和数据分析工具介绍,上机0-3 学习在EXCEL软件中安装数据分析工具。,（5）SPSS数据转换功能介绍,缺失值替换,Series mean：序列均值；Mean of nearby points：临近点均值；Median of nearby points:临近点中位数；Linear interpolation：线性插值法；Linear trend at point:点处线性趋势。对于生物学问题，通常需要序列均质来进行分析。,1-4 将文件“缺失值实验”细胞计数变量中的缺失值补充为序列均值。,变量的删除与插入,根据已知变量建立新变量,1-5 将1-4实验中补充了缺失值的细胞计数变量乘以10建立新变量并命名为“10倍细胞计数”。,1-6 将实验1-2中完成的“姓名 1-2”文件打开，将变量“身高”以171编码，即将“身高”变量剪去171，形成新变量并命名为“编码身高”。,产生计数变量,1-7 将“data”文件打开，在变量“品种”中计数数值大于3的数据；在变量“增重”中计数数值小于16的数据。,教材及参考资料,教材：杜荣骞主编生物统计学（第3版/第4版），高等教育出版社，2009/2014。参考书：李春喜等编著生物统计学(第三版)，科学出版社，2005。杜荣骞生物统计学题解及练习（第二版），高等教育出版社，2003。明道绪主编生物统计附试验设计 动物科学 动物医学专业用，中国农业出版社，2002。丁国盛，李涛编著SPSS统计教程从研究设计到数据分析，机械工业出版社，2006。张文彤主编SPSS11统计分析教程，北京希望电子出版社，2002。http:/,课程网站,链接http:/,