Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm Tổng quan • • • • • Thuật ngữ (Terminology) Nguyên tắc (Principles of experimental design) Thiết kế thí nghiệm yếu tố (Single-factor design) Thiết kế thí nghiệm yếu tố (Two-factor design) Ngẫu nhiên hóa (Randomization) Thuật ngữ • Đơn vị nghiên cứu (experimental unit) – Đối tượng nghiên cứu • Yếu tố can thiệp (factors) – Biến độc lập biến giải thích – Vd: Giống lúa • Mức độ can thiệp (treatment levels) – Giá trị yếu tố can thiệp – Đánh giá cảm quan bia (với loại bia khác nhau) • Nghiệm thức (Treatment): Là mức độ yếu tố can thiệp hay tổ hợp mức độ yếu tố can thiệp • Nhóm (block) – Nhóm đối tượng (nam, nữ…) – Cân đối khơng cân đối • Tiêu chí (response variable) – Vị đắng nghiên cứu đo lường vị đắng Một ví dụ thí nghiệm cảm quan • • • 30 khách hàng: nam nữ, tuổi 20-50 Thử loại cà phê: A, B, C Nhóm I, II, III – Nhóm I: 10 người thử A B – Nhóm II: 10 người thử B C – Nhóm III: 10 người thử A C • Vị đắng đo thang điểm • • • • Đơn vị nghiên cứu: Người tiêu dùng Yếu tố can thiệp: Loại cà phê Nhóm: I,II,III Tiêu chí: Độ đắng thang Ví dụ: doanh số cà phê • Một nghiên cứu tiếp thị tiến hành để khảo sát ảnh hưởng thương hiệu vị trí bày bán kệ hàng đến doanh số bán cà phê tuần Doanh số bán cà phê thu thập cho thương hiệu (A B) vị trí bày bán kệ (dưới cùng, giữa, cùng) Sáu tổ hợp thương hiệu vị trí bày bán kệ hàng (2 thương hiệu x vị trí = tổ hợp) thay đổi theo tuần khoảng thời gian 18 tuần A Thương hiệu B Vị trí bày bán kệ Dưới Giữa Trên Tuần Tuần Tuần 12 14 16 17 Tuần Tuần Tuần 10 11 13 18 15 Ví dụ: doanh số cà phê • • • • • Đơn vị nghiên cứu: doanh số bán cà phê thu thập theo tuần suốt 18 tuần nên đơn vị nghiên cứu tuần Tiêu chí: y = doanh số bán cà phê tuần Đây biến định lượng Yếu tố can thiệp: Do vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng thương hiệu vị trí bày bán kệ nên yếu tố can thiệp thương hiệu vị trí bày bán kệ Đây hai biến định tính Mức độ can thiệp: thương hiệu đo đạt hai mức (A B) vị trí kệ mức (Dưới cùng, Giữa, Trên cùng) Nghiệm thức: Do doanh số bán cà phê thu thập cho tổ hợp thương hiệu vị trí bày bán kệ nên thí nghiệm có nghiệm thức: (thương hiệu A, vị trí Dưới cùng), (thương hiệu A, vị trí Giữa), (thương hiệu A, vị trí Trên cùng), (thương hiệu B, vị trí Dưới cùng), (thương hiệu B, vị trí Giữa), (thương hiệu B, vị trí Trên cùng) (hình 6.1) Ba ngun tắc thí nghiệm • Ngẫu nhiên hóa (randomization) – Đảm bảo tính hợp lí nghiên cứu phân tích thống kê, qn bình hóa yếu tố can thiệp • Lặp lại nhiều lần (replication) – Đảm bảo khoa học tính • Phân nhóm (blocking) – Giảm độ dao động nhóm Những yếu tố cần quan tâm • Hiệu ứng placebo – 35% thuốc có hiệu hiệu ứng placebo • Hiệu ứng Hawthorne – Quen thuộc với sản phẩm • Bảo mật – Giữ kín danh tính tình nguyện viên – Khách quan đánh giá (blinding) Nguyên tắc thiết kế thí nghiệm: ví dụ • Nghiên cứu: – Sinh tố C cho điều trị cảm cúm – 100 đối tượng tình nguyện – Nên thiết kế ? • Phương án – Cho 100 người uống sinh tố C vòng tháng – Ghi nhận số lần cảm cúm – Kết quả: tần số cảm cúm trung bình 1.4 lần / đối tượng • Phương án – Chia 100 người thành nhóm nam nữ – Cả hai nhóm điều trị sinh tố C vòng tháng – Tần số cảm cúm trung bình nhóm nam 1.4 lần / đối tượng, cịn nhóm nữ tần số 1.9 lần / đối tượng Nguyên lí thí nghiệm: ví dụ • Phương án – Ngẫu nhiên chia thành nhóm điều trị tháng: • 50 người nhóm sinh tố C • 50 người nhóm placebo – Kết quả: tần số cảm cúm trung bình nhóm 1.4 lần / đối tượng, cịn nhóm placebo 1.9 lần / đối tượng Nhóm Sinh tố C Nhóm Giả dược 50 người Ngun lí thí nghiệm: ví dụ • Phương án 4: Sinh tố C Nam So sánh tần số cảm cúm Giả dược 100 người Sinh tố C So sánh tần số cảm cúm Nữ Giả dược Nhận xét chung phương án? Thí nghiệm với yếu tố (single-factor designs) • Nghiên cứu ảnh hưởng phân bón đến tăng trưởng lúa • Ba liều lượng urê sử dụng (thấp, trung bình, cao) • Chọn địa điểm (A, B, C, D, E, F) • Mỗi địa điểm có mảnh đất để thí nghiệm (1, 2, 3) Phương án 1: Completely randomized design Thiết kế ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD) Địa điểm Mảnh đất Mảnh đất Mảnh đất A Low High Low B Medium Medium High C High Medium Low D Medium Low High E Medium Low Medium F Low High High Phương án 2: Incomplete block design Thiết kế khối khơng hồn tồn Địa điểm Mảnh đất Mảnh đất A Low High B Medium Low C High Medium D Medium Low E High Low F Low High Phương án 3: Randomized Complete block design (Thiết kế ngẫu nhiên theo khối hoàn chỉnh) Địa điểm Mảnh đất Mảnh đất Mảnh đất A Low High Medium B Medium Low High C High Medium Low D Medium Low High E High Low Medium F Low High Medium Latin square design Thiết kế hình vng Latin So sánh hiệu suất (đo số - km - lít) loại dầu (A, B, C D) Cơng ty có tài xế loại xe Tài xế Loại xe Ford Toyota Honda Nissan D B C A B C A D C A D B A D B C Thiết kế 22 factorial design: Ảnh hưởng nhiệt độ (thấp cao) vật liệu (A B) đến độ mạnh giấy Nhóm can thiệp Nhiệt độ Vật liệu Thấp A Cao A Thấp B Cao B Thiết kế 23 factorial design Ảnh hưởng nhiệt độ (thấp cao), vật liệu (A B), phương pháp sản xuất (cơ khí hóa chất) đến độ mạnh giấy Nhóm can thiệp Nhiệt độ Vật liệu Phương pháp Thấp A Cơ khí Cao A Cơ khí Thấp B Cơ khí Cao B Cơ khí Thấp A Hóa chất Cao A Hóa chất Thấp B Hóa chất Cao B Hóa chất Các dạng thiết k factorial khỏc: Vớ d ã Thit k ì × factorial design: – Ảnh hưởng nhiệt độ (thấp, trung bình, cao), vật liệu (A, B, C), phương pháp sản xuất (cơ khí hóa chất) đến độ mạnh giấy • Thiết kế x x factorial design: – Ảnh hưởng loại bột (A, B), cách nhào bột (cách 1, cách 2) nhiệt độ nướng (170oC, 175oC, 180oC) lên cấu trúc bánh Phương pháp ngẫu nhiên hóa T1 T2 T3 n=3 n=2 n=3 • Trước hết, lập danh sách đối tượng: T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3 • Dùng hàm sample để chọn ngẫu nhiên (sample(1:8) có chức tạo dãy số ngẫu nhiên từ đến 8): > sample(1:8) [1] • Nhập hai dãy số với nhau, có: T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3 Chuẩn đầu môn học (CLO) Cài đặt thao tác phần mềm R Trình bày khái niệm đại lượng thang đo, cỡ mẫu, biến liên tục, rời rạc Thực phân tích thống kê mơ tả thống kê suy diễn Thực tính tốn mối quan hệ đại lượng thống kê Thiết kế thí nghiệm hai/nhiều yếu tố cách hiệu