一章绪论科学试验及其误差.ppt

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1、西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,1,第一章绪论科学试验及其误差,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,2,1.1 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,3,1.1.1 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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,4,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：,西南科技大学生

2、命科学与工程学院周海廷制作,5,一、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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,6,二、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。兴趣：,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,7,2、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

3、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,8,3、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,9,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

4、材料，提出了大陆不是固定的，而是可以飘移的假定。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,10,4、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,11,5、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

5、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,12,1.2 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,13,1.2.1 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

6、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,14,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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,15,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

7、原因引起的误差，也称偏差(bias)。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,16,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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,17,1.2.2 试验误差的来源,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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,18,1.

8、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,19,1.2.4 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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,20,1.3 生物统计

9、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,21,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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,22,

10、1.4 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,23,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

11、，就是用样本的结果去推断总体的结果。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,24,3、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 AiyB Bi,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,25,4、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。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,

12、26,1.5 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,27,17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“St

13、atistical 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,28,Yates、Yule等发展了一系列的试验设计。Neyman和E.S.Pearson建立了统计推断的理论。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“Expe

14、rimental Design”和“Sampling Technique”。,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,29,1.5.2 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,西南科技大学生命科学与工程学院周海廷制作,30,学习要求,循序渐进、不留疑点。力求掌握公式的意义和应用。认真做好教材上每章的练习。,主要参考书：1、生物统计学科学出版社 2000 李春喜等编著 2、An Introduction To BiostatisticsGLOVER&MITCHELL.,