SPSS 17.0中的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

摘要：在SPSS 17.0中如何正確實(shí)現(xiàn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)分析有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，用實(shí)證對(duì)比研究方法發(fā)現(xiàn)，除考慮交互作用時(shí)，需用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)書中的正交設(shè)計(jì)表來安排試驗(yàn)，確定試驗(yàn)次數(shù)外，其余工作均可在SPSS 17.0中完成，即可以利用數(shù)據(jù)菜單中正交設(shè)計(jì)過程里的生成程序產(chǎn)生正交表，用顯示程序打印正交設(shè)計(jì)方案，再用SPSS中多因素方差分析的方法來完成正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析，同時(shí)可考慮交互作用；因此，在SPSS 17.0中是可以實(shí)現(xiàn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的，它填補(bǔ)了SPSS教材中的一個(gè)空白。

關(guān)鍵詞： 體育統(tǒng)計(jì)；SPSS；多因素；方差分析；正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)： G 8032文章編號(hào)：1009783X（2013）03028306文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

在用三因素有交互作用的方差分析來研究運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間對(duì)運(yùn)動(dòng)成績的影響時(shí)，對(duì)影響運(yùn)動(dòng)成績的3個(gè)因素各按3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，見表1。如果進(jìn)行全面搭配法方案安排試驗(yàn)，此方案數(shù)據(jù)點(diǎn)分布的均勻性極好，因素和水平的搭配十分全面，唯一的缺點(diǎn)是試驗(yàn)次數(shù)較多，為33×2=54次（指數(shù)3代表3個(gè)因素，底數(shù)3代表每因素有3個(gè)水平，×后面的2，表示重復(fù)一次試驗(yàn)），如圖1所示。因素、水平數(shù)愈多，則試驗(yàn)次數(shù)就愈多[1]。例如，作一個(gè)5因素3水平的不重復(fù)試驗(yàn)，就需要35=243次試驗(yàn)。試驗(yàn)次數(shù)越多，就需要更多的人力、物力和財(cái)力作保證，而且需要占用更多的時(shí)間，這顯然是十分困難的。有時(shí)由于所需的時(shí)間太長，使試驗(yàn)的條件發(fā)生改變，還會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，即使試驗(yàn)有了結(jié)果，但對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的實(shí)際指導(dǎo)意義也可能已經(jīng)不太大了；因此，需要尋找一種合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

對(duì)于如何去做試驗(yàn)，怎樣才能做好試驗(yàn)的問題是統(tǒng)計(jì)學(xué)很關(guān)注的一個(gè)問題。這就需要我們?cè)谧鼍唧w的試驗(yàn)前，首先要做好試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)最重要的原則：在做試驗(yàn)前，通過必要的事前考慮，作出合理周密的事先安排，從而在實(shí)際的試驗(yàn)中，通過動(dòng)用最少的人力、物力、財(cái)力及盡可能短的時(shí)間，以便用最少的試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到同做大量全面試驗(yàn)等效的結(jié)果。

1.1.3因素和交互作用

選擇的正交表要能容納所考慮的因素和交互作用。為了對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析或回歸分析，還必須至少留一個(gè)空白列，作為“誤差”列，在極差分析中要作為“其他因素”列處理。

1.1.4試驗(yàn)精度

在同水平中取何種試驗(yàn)次數(shù)的L表，取決于試驗(yàn)精度的要求。如果試驗(yàn)精度要求高，則宜取試驗(yàn)次數(shù)多的L表。

1.1.5研究的成本

要根據(jù)研究的成本來決定適合的L表的選擇。若試驗(yàn)費(fèi)用很昂貴，或試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)很有限，或人力和時(shí)間都比較緊張，則應(yīng)選試驗(yàn)次數(shù)少一些的L表。

1.1.6修正水平數(shù)

在按原來考慮的因素、水平和交互作用去選擇正交表時(shí)，如無正好適用的正交表可選，則簡便且可行的辦法是適當(dāng)修改原定的水平數(shù)。

1.1.7適當(dāng)選用大表

在對(duì)某些因素間的交互作用的影響是否確實(shí)存在沒有把握的情況下，如果條件許可，則應(yīng)盡量選用大表，讓影響存在的可能性較大的因素和交互作用各占適當(dāng)?shù)牧校谟梅讲罘治鲞M(jìn)行顯著性檢驗(yàn)時(shí)，就可得出結(jié)論。這樣既不增加太多試驗(yàn)的工作量，又不致于漏掉重要的信息。

1.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟

1.2.1根據(jù)研究目的設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素和試驗(yàn)指標(biāo)

先根據(jù)研究課題來確定研究目的，再從專業(yè)的角度在眾多影響研究目的的因素中找出幾個(gè)主要影響因素，根據(jù)研究精度的要求和課題經(jīng)費(fèi)的情況確定因素的水平，一般在條件允許的前提下，主要影響因素的水平可以分得多一些，同時(shí)還將確定最能反映試驗(yàn)?zāi)康牡臏y(cè)試指標(biāo)，以便通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析找出主、次影響因素。

3結(jié)論

1）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)可有效地減少試驗(yàn)次數(shù)，同時(shí)還可得到與做大量試驗(yàn)等效的結(jié)論，可以節(jié)省大量的人力、物力，提高研究經(jīng)費(fèi)的使用效率。

2） 在SPSS17.0中，可以利用數(shù)據(jù)菜單中正交設(shè)計(jì)過程中的生成程序產(chǎn)生正交表，用顯示程序打印正交設(shè)計(jì)方案。由SPSS17.0產(chǎn)生的正交表同正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)書中的正交設(shè)計(jì)表不一定相同。在需要作極差分析的同時(shí)，還要考慮交互作用，應(yīng)根據(jù)交互作用表作表頭設(shè)計(jì)。

3） 在不需要極差分析或極差分析中不需要考慮交互作用時(shí)，可直接采用SPSS17.0產(chǎn)生的正交表來安排試驗(yàn)（但生成正交表時(shí)要考慮求交互作用時(shí)的試驗(yàn)次數(shù)，即要根據(jù)因素?cái)?shù)、水平數(shù)、交互作用安排在哪些列，來決定需要多大的正交表），也可直接用SPSS中多因素方差分析的方法來完成正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方差分析，同時(shí)可考慮交互作用。

4）在用SPSS17.0進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析可以代替手工計(jì)算。

由于篇幅有限，只討論了各因素等水平的情形，其他不等水平的混合設(shè)計(jì)，在SPSS中的實(shí)現(xiàn)方法是相同的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉達(dá)民，程巖.應(yīng)用統(tǒng)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：153156.

[2]劉漢生，張寶玉.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)[M].山西：山西科學(xué)教學(xué)出版社，1987：237266.

[3]王巖，隋思褳，王愛青.數(shù)理統(tǒng)計(jì)與MATLAB工程數(shù)據(jù)分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006：183238.

[4]清華大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系概率統(tǒng)計(jì)教研組.概率論與數(shù)量統(tǒng)計(jì)[M].長春：吉林教育出版社，1987：342359.