因素的水平.ppt
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1、林 松 毅正交试验方案设计1.正交试验设计基本理论1.11.1试验指标试验指标在试验设计中,根据试验的目的而选定的用来衡量或考核试验效果的质量特性称为试验指标试验指标。试验指标可分为定量指标和定性指标定量指标和定性指标定量指标和定性指标定量指标和定性指标两类。定量指标或数量指标定量指标或数量指标定量指标或数量指标定量指标或数量指标:能用数量表示的指标,如食品的糖度、酸度、pH值、提汁率、糖化率、吸光度、合格率,食品的理化指标及由理化指标计算得到的特征值多为定量指标。定性指标定性指标定性指标定性指标:不能用数量表示的指标称为,如色泽、风味、口感、手感等。食品的感官指标多为定性指标。在试验设计中,
2、为了便于分析试验结果,常把定性指常把定性指常把定性指常把定性指标进行量化,转化为定量指标标进行量化,转化为定量指标标进行量化,转化为定量指标标进行量化,转化为定量指标。如食品的感官指标可用评分的方法分成不同等级以代替很好、较好、较差、很差等定性描述方式。在试验设计中,根据试验目的的不同,可以用一个试验指标,也可以同时用两个或两个以上的试验指标。前者称为单指标试验,后者称为多指标试验。例如在研究增稠剂种类、pH值和杀菌条件对豆奶稳定性的影响时,可只选用豆奶的稳定性作为试验指标;在研究不同吸附剂去除甜橙汁中苦味物质的效果时,可同时选用苦味物质的去除率、维生素C的损失率、可溶性固性物质损失率作为试验
3、指标,综合考虑确定哪种吸附剂合适。1.21.21.21.2试验因素(试验因素(试验因素(试验因素(experimental factorexperimental factorexperimental factorexperimental factor)试验中,凡对试验指标可能产生影响的原因或要素,都称为因素,也称因子。由于客观条件的限制,一次试验中不可能将每个因素都考虑进去。把把试试验验中中所所研研究究的的影影响响试试验验指指标标的的因因素素称称为为试验因素,通常用大写字母试验因素,通常用大写字母A A,B B,CC表示表示。把除试验因素外其他所有对试验指标有影响的因素称为条件因素,又称试验条
4、件(experimental conditions)。如在研究增稠剂用量、pH值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响时,增稠剂、pH值和杀菌温度就是试验因素。这3个因素以外的其他所有影响豆奶稳定性的因素都是条件因素,它们一起构成了本试验的试验条件。考察考察考察考察1 1 1 1个试验因素的试验叫单因素试验,考察个试验因素的试验叫单因素试验,考察个试验因素的试验叫单因素试验,考察个试验因素的试验叫单因素试验,考察2 2 2 2个因素的个因素的个因素的个因素的试验叫双因素试验,考察试验叫双因素试验,考察试验叫双因素试验,考察试验叫双因素试验,考察3 3 3 3个或个或个或个或3 3 3 3个以上试验因素的
5、试验个以上试验因素的试验个以上试验因素的试验个以上试验因素的试验叫多因素试验。叫多因素试验。叫多因素试验。叫多因素试验。1.31.31.31.3因素水平(因素水平(因素水平(因素水平(level of factorlevel of factorlevel of factorlevel of factor)在试验中,为考察试验因素对试验指标的影响情况,要使试验因素处于不同的状态。把把把把试试试试验验验验因因因因素素素素所所所所处处处处的的的的各各各各种状态称为因素水平,简称水平。种状态称为因素水平,简称水平。种状态称为因素水平,简称水平。种状态称为因素水平,简称水平。在试验设计中,1个因素选几个
6、水平,就称该因素为几个水平因素。如某试验中温度A选了30,502个水平,因素B选了20min,40 min,60min3个水平,就称A因素为2水平因素,B因素为3水平因素。各各各各因因因因素素素素不不不不同同同同水水水水平平平平通通通通常常常常用用用用表表表表示示示示因因因因素素素素的的的的字字字字母母母母加加加加足足足足标标标标1 1 1 1,2 2 2 2,3 3 3 3,的的的的方方方方法法法法来来来来表表表表示示示示。如前述因素以的第一、第二水平依次用A1,A2表示;因素B的第一、第二、第三水平分别用B1,B2,B3表示。因因因因素素素素的的的的水水水水平平平平,有有有有的的的的可可可
7、可用用用用具具具具体体体体数数数数值值值值表表表表示示示示,如如如如时时时时间间间间、温温温温度度度度、试试试试剂剂剂剂或或或或原原原原料料料料用用用用量量量量等等等等,有有有有的的的的无无无无法法法法用用用用具具具具体体体体数数数数字字字字表表表表示示示示,如如如如食食食食品品品品添添添添加加加加剂剂剂剂的的的的不不不不同同同同种种种种类类类类、设设设设备备备备的的的的不不不不同同同同型型型型号号号号、原原原原料料料料的的的的不不不不同同同同品种、工艺的不同操作方法等。品种、工艺的不同操作方法等。品种、工艺的不同操作方法等。品种、工艺的不同操作方法等。2试验方案试验方案试验方案是根据试验目的
8、和要求而拟定的进行比较的一组试验处理的总称,是整个试验工作的核心部分。因此,要经过周密的考虑和讨论,慎重拟定。主要包括试验因素的选择、水平的确定等内容。试验方案按其试验因素的多少可区分为以下3类:(1)单因素试验方案。(2)多因素试验方案。(3)综合性试验方案。单因素试验单因素试验单因素试验单因素试验(single factor experiment)是指在整个试验中只变更比较1个试验因素的不同水平,其他作为试验条件的因素均严格控制一致的试验。这是一种最基本最简单的试验方案。例如,某试验因素以在一定试验条件下,分3个水平A1,A2,A3,每个水平重复5次进行试验,这就构成了一个重复数为5的单因
9、素3水平试验方案。多因素试验多因素试验多因素试验多因素试验(multiple-factor or factorial experiment)是指同一试验方案中包含2个或2个以上的试验因素,各个因素都分为不同水平,其他试验条件均应严格控制一致的试验。多因素试验方案由所有试验因素的水平组合数构成。安排时有完全试验方案和不完全试验完全试验方案和不完全试验方案方案两种。完全方案:是多因素试验中最简单的一种方案,处理数等于各试验因素水平数的乘积。如有A,B两个试验因素,各取3个水平,A1,A2,A3和B1,B2,B3,全部水平组合数(即处理数)为33=9。即 不完全方案:在全部水平组合中挑选部分有代表性
10、的水平组合获得的方案称为不完全方案。“正交试验正交试验正交试验正交试验”就是典型的不就是典型的不就是典型的不就是典型的不完全方案。完全方案。完全方案。完全方案。综合性试验(综合性试验(综合性试验(综合性试验(comprehensive experimentcomprehensive experimentcomprehensive experimentcomprehensive experiment)也是一种也是一种也是一种也是一种多因素试验,但与上述多因素试验不同。多因素试验,但与上述多因素试验不同。多因素试验,但与上述多因素试验不同。多因素试验,但与上述多因素试验不同。综合性试验中各因素的各
11、水平不构成平衡的水平组合,而是将若干因素的某些水平结合在一起形成少数几个水平组合。这种试验方案的目的在于探讨一系列供试因素某些水平组合的综合作用,而不在于检测因素的单独作用和相互作用。单因素和多因素试验常是分析性的试验;综合性试验则是在对于起主导作用的那些因素及其相互关系基本弄清楚的基础上设置的试验。它的水平组合是一系列经过实践初步证实的优良水平的配套。例如选择1种或几种适合当地的综合性优质高产技术作为试验处理与常规技术作比较,从中选出较优的综合性处理。3.正交表3.13.13.13.1正交表正交表正交表正交表正交拉丁方的自然推广正交拉丁方的自然推广正交拉丁方的自然推广正交拉丁方的自然推广将上
12、述用正交拉丁方安排的4因素3水平的试验,编上试验号,列成另外一种形式,即表11-5所示的形式,就成为1张正交表L9(34)(表11-6)。可以由此得到系列正交表(orthogonal table)。正交表与正交拉丁方的关系:a.正交表是正交拉丁方的自然推广,但并不都是由正交拉丁方转变而来的。在拉拉丁丁方方的的安安排排中中行行数数与与列列数数相相等等组组成成正正方方形形,即即试试验验次次数数一一定定等等于于正正整整数数的的平平方方,(但并不是每个正整数都有正交拉丁方,如66的正交拉丁方就不存在),而正正交交表表却却不不一一定定,试试验验次次数数并并非非都都是是正整数的平方。正整数的平方。b.正正
13、正正交交交交表表表表还还还还能能能能考考考考察察察察互互互互作作作作效效效效应应应应,而而而而用用用用拉拉拉拉丁丁丁丁方方方方安排试验通常只能考察主效应。安排试验通常只能考察主效应。安排试验通常只能考察主效应。安排试验通常只能考察主效应。3.23.23.23.2正交表的表示符号正交表的表示符号正交表的表示符号正交表的表示符号正交表记号所表示的含义归纳如下:Ln(tq)式中:L L L L为正交表符号为正交表符号为正交表符号为正交表符号,是是是是LatinLatinLatinLatin的第一个字母;的第一个字母;的第一个字母;的第一个字母;n n n n为试验次数为试验次数为试验次数为试验次数,
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