一、目的与要求

（一）目的  掌握几种常用的实验设计的原理及应用

（二）要求

掌握：几种常用实验设计的概念，原理及数据格式，顺序误差的概念及消除顺序误差的方法。

熟悉：几种常见实验设计的特点及优缺点，

了解：自身比较设计的表现形式及注意事项

二、教学内容

1、完全随机设计的概念、原理、数据格式、分组方式及优缺点

2、配对设计的概念、原理、数据格式、分组方式及优缺点

3、配伍组设计的概念、原理、数据格式、分组方式及优缺点

4、自身比较设计的概念原理、优缺点

5、自身比较设计的表现形式及应用时的注意事项

6、顺序误差的概念及避免顺序误差的方法

三、重点与难点

重点：

（一）完全随机设计的概念，原理及数据格式

（二）配对设计的概念，原理及数据格式

（三）配伍组设计的概念，原理及数据格式

（四）自身比较设计的概念及原理

（五）顺序误差的概念

难点： 

（一）完全随机设计，配对设计，配伍组设计，自身比较设计的原理

（二）顺序误差的产生及消除方法

四、教学提纲

（一）完全随机设计

1、完全随机设计的概念及原理

完全随机设计又称简单随机分组设计，是将同质的受试对象随机地分配到各处理组，再观察其实验效应，是最为常见的一种考察单因素两水平或多水平的实验设计方法。各组样本含量可以相等，称平衡设计，也可以不等，称非平衡设计。

2、数据格式：

例题1

用两种药物A和B治疗10位糖尿病患者测其血糖水平。先将十位患者编号，再从附表一随机列表（见书）中，随机指定第3行，舍去10-19之间的数字，将0-9之间的数字依次录于患者号下。按预先规定，将随机数字为单数的分入甲组，双数的分入乙组，分组情况如下：

患者号  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10

随机号  1  2  0  3  8  7  4  5  9  6

组  别 甲 乙 乙 甲 乙  甲 乙 甲 甲 乙

随机分组的结果是1，4，6，8，9号分入甲组，2，3，5，7，10号分入乙组。测得的血糖值=血糖的基线值μ+处理的效应α+除了两者之外的因素ε

完全随机设计的数据格式

随机号	A组	随机号	B组
1	μ+αa+ε1	2	μ+αb+ε2
4	μ+αa+ε4	3	μ+αb+ε3
6	μ+αa+ε6	5	μ+αb+ε5
8	μ+αa+ε8	7	μ+αb+ε7
9	μ+αa+ε9	10	μ+αb+ε10
合计	5μ+5αa+Σεa		5μ+5αb+Σεb

Δ=（5μ+5αa+Σεa）—（5μ+5αb+Σεb）=（5αa—5αb）+（Σεa—Σεb）

因为使用的是完全随机设计，所以Σεa-Σεb=0，只要做的是完全随机化就一定可以把除了研究因素以外的非处理因素均匀地分配到各组内。若不用完全随机化Σεa-Σεb≠0，结论不可靠。

继续作两样本的t检验：若P>0.05  则不拒绝H0，不认为两种药疗效不同，若P≤0.05  则拒绝H0，接受H1，认为两种药疗效不同

3、完全随机化设计的分组方式

（1）将受试对象随机地分配到各处理组中

（2）分别从不同的总体中进行随机抽样，获取代表各不同总体的随机样本。

4、完全随机化设计的优缺点

优点：实验设计和统计分析比较简单

缺点：只能分析比较一个因素的实验效应，总的效率不高。

（二）配对设计

1、配对设计的概念及设计原理：

配对设计是将受试对象按即定条件配成对子，再随机分配每对中的两个受试对象接受不同的处理。配对的因素是影响实验效应的主要非处理因素。

2、数据格式

测得的血糖值=血糖的基线值μ+处理的效应α+由于年龄，性别，民族所带来的对血糖的影响β+除了上述之外的因素ε

配对设计的数据格式

序号	A药	B药	d差值
1	μ+αa+β1+εA1	μ+αb+β1+εB1	(αa-αb)+(εA1-εB1)
2	μ+αa+β2+εA2	μ+αb+β2+εB2	(αa-αb) +(εA2-εB2)
3	μ+αa+β3+εA3	μ+αb+β3+εB3	(αa-αb) +(εA2-εB2)
4	μ+αa+β4+εA4	μ+αb+β4+εB4	(αa-αb) +(εA4-εB4)

dˉ=(αa-αb)+[(εA1-εB1)+(εA2-εB2)+(εA3-εB3)+(εA4-εB4) ] /4

因为每一个对子都是随机确定谁用A药或B药，所以[(εA1-εB1)+(εA2-εB2)+(εA3-εB3)+(εA4-εB4) ] /4=0，dˉ=(αa-αb)即需要的e

3、在医学科研中，配对设计主要有以下形式：

（1）同一受试对象（人或标本）分别接受两种不同的处理

（2）将两个条件相同的或相近的受试对象配成对子，分别接受两种不同的处理

（3）前后配对，即同一受试对象接受一种处理的前后。

4、配对设计的优缺点

优点：抽样误差小，实验效率较高，所需样本含量也较小。

缺点：配对条件未能严格控制造成配对失败或配对欠佳时，反而会降低效率。

（三）配伍组设计

1、配伍组设计的概念和原理

配伍组设计也称随机区组设计，实际上是配对设计的扩大，也可以将配对设计视为配伍组设计的简单形式。配伍组设计是将若干个受试对象按一定条件划分为配伍组或区组。每一配伍组或区组包含多个受试对象，随机的给予不同的处理。

2、数据格式

测得的血糖值=血糖的基线值μ+处理的效应α+由于年龄，性别，民族所带来的对血糖的影响β+除了上述之外的因素ε

配伍组设计的数据格式

序号	A药	B药	C药
1	μ+αa+β1+εA1	μ+αb+β1+εB1	μ+αc+β1+εc1
2	μ+αa+β2+εA2	μ+αb+β2+εB2	μ+αc+β2+εc2
3	μ+αa+β3+εA3	μ+αb+β3+εB3	μ+αc+β3+εc3
4	μ+αa+β4+εA4	μ+αb+β4+εB4	μ+αc+β4+εc4

合计： 对于A药：4μ+4αa+β1+β2+β3+β4+εA1+εA2+εA3+εA4

对于B药：4μ+4αb+β1+β2+β3+β4+εB1+εB2+εB3+εB4

对于C药：4μ+4αc+β1+β2+β3+β4+εc1+εc2+εc3+εc4

因为谁用A、B、C药用完全随机化决定，所以均衡可比。

对于区组1：3μ+αa+αb+αc +3β1+εA1 +εB1+εc1

对于区组2：3μ+αa+αb+αc +3β2+εA2 +εB2+εc2

对于区组3： 3μ+αa+αb+αc +3β3+εA3+εB3+εc3

对于区组4： 3μ+αa+αb+αc +3β4+εA4+εB4+εc4

对于区组，因为Σε无法消除，所以不合理。

3、配伍组设计的优缺点

优点：每个区组内的K个受试对象有较好的同质性，因此组间有较好的均衡性，更容易察觉处理组间的差别，提高了实验效率。

缺点：要求区组内受试对象数与处理数相等，实验结果中要有数据缺失，统计分析较麻烦。

（四）自身比较设计

1、自身比较设计的概念和原理

在同一受试对象本身作对比的实验设计称为自身比较设计，或自身对照设计。

2、自身比较设计的优缺点

优点：由于同一配伍组内的样品来自同一受试对象，因此均衡性较好。不需要特别的随机分组方法，操作简单。

缺点：同体前后的比较，时间间隔不易过长，否则受试对象或样品可能因时间间隔过长，受到混杂因素的影响或自身发生某种变化，失去同体比较的均衡性。

3、顺序误差

顺序误差是系统误差的一种，它常与时间有关，时间间隔越长，产生顺序误差的可能性越大，误差的值也有可能增大。当实验按一定的时间次序进行时，就容易产生由于这个有规律的次序而发生的系统误差。发生顺序误差的主要原因：生物体与其环境的变化都具有周期性。

4、例题：

用克矽平治疗矽肺患者一个月，测其血清粘蛋白含量a（3月2日该患者入院测得血清粘蛋白值a1,住院治疗一个月后再测得血清粘蛋白值a2，S1为干扰因素，s1为干扰因素产生的效应，T为处理因素，e为处理因素的效应，S顺 为顺序误差，s顺 为由顺序误差产生的效应。患者来就诊未用药用0表示。）

通常s顺≠0，比如患者脱离了原来的生活环境等。只有当s顺=0，试验设计才合理

解决方案：增设一组空白对照乙组（同期）

甲组（原组）：

0+ S1→0+ s1                                （1）

T+ S1+ S顺→e+ s1+ s顺               （2）

（2）—（1）得Δ甲= e+ s顺

乙组（空白组）：

0+ S1→0+ s1                                （3）

0+ S1+ S顺→0+ s1+ s顺               （4）

（4）—（3）得Δ乙= s顺

Δ甲-Δ乙=e

（五）小结

1、完全随机设计又称简单随机分组设计，是将同质的受试对象随机地分配到各处理组，再观察其实验效应，是最为常见的一种考察单因素两水平或多水平的实验设计方法。各组样本含量可以相等，称平衡设计，也可以不等，称非平衡设计。

2、配对设计是将受试对象按即定条件配成对子，再随机分配每对中的两个受试对象接受不同的处理。配对的因素是影响实验效应的主要非处理因素。

3、配伍组设计也称随机区组设计，实际上是配对设计的扩大，也可以将配对设计视为配伍组设计的简单形式。配伍组设计是将若干个受试对象按一定条件划分为配伍组或区组。每一配伍组或区组包含多个受试对象，随机的给予不同的处理。

4、在同一受试对象本身作对比的实验设计称为自身比较设计，或自身对照设计。同体前后的比较，时间间隔不易过长，否则受试对象或样品可能因时间间隔过长，受到混杂因素的影响或自身发生某种变化，失去同体比较的均衡性。

5、顺序误差是系统误差的一种，它常与时间有关，时间间隔越长，产生顺序误差的可能性越大，误差的值也有可能增大。当实验按一定的时间次序进行时，就容易产生由于这个有规律的次序而发生的系统误差。发生顺序误差的主要原因：生物体与其环境的变化都具有周期性。

(六)练习题及答案

1、判断题

（1）对非处理因素应加以控制，控制的主要方法是使实验组与对照组的非处理因素均衡一致。（T）

（2）完全随机化实验，当样本含量小时，也会有很大的偏性，此时要人为的对混杂因素作些控制。（T）

（3）随机化可以把非处理因素均衡的分配到各治疗组和对照组。（T）

（4）自身配对试验适用于短期对比，而异体配对试验适用于长期或慢性试验。（T）

（5）实验设计主要是对实验中的处理因素进行合理的安排，以达到均衡可比及高效，经济的目的。（F）

2、选择题

（1）实验组和对照组除了——外，要求其他条件必须齐同。（B）

A、系统误差 B、处理因素 C、年龄人口构成比 D、个体因素 E、抽样误差

（2）实验设计时，受试对象如何分组，可使得组与组之间具有最好的可比性。（B）

A、多分几组 B、将条件接近的分入不同组 C、各组的例数相等 D、将条件接近的分入同一组。

（3）消除来自于受试对象的心理因素对治疗的影响的对照是（C）

A、标准对照 B、空白对照 C、安慰剂对照 D、实验对照E自身对照

（4）某医师在吸烟与肺癌发病关系的研究中，选择对照的最佳条件是（C）

A、找出影响肺癌发病的可疑因素，逐一平衡。B、选择与肺癌病人发病情况完全相同的其他病人 C、选择年龄，性别等基本条件相近的非肺癌病人 D、除年龄不同之外，其他条件均应相同。

（5）关于随机区组设计的说法，下列选项错误的是（D）

A、也叫配伍组设计 B、实际上是配对设计的扩大 C、当样本含量相同时较完全随机化设计有更高的检验效能 D、各处理组的样本例数可以不等，但相等时可以获得更高的检验效能。

3、分析题

4、问答题

配对设计尤其是自身比较的配对设计应该注意些什么？

答：在同一受试对象本身作对比的实验设计称为自身比较设计，或自身对照设计。同体前后的比较，时间间隔不易过长，否则受试对象或样品可能因时间间隔过长，受到混杂因素的影响或自身发生某种变化，失去同体比较的均衡性，产生顺序误差。顺序误差是系统误差的一种，它常与时间有关，时间间隔越长，产生顺序误差的可能性越大，误差的值也有可能增大。当实验按一定的时间次序进行时，就容易产生由于这个有规律的次序而发生的系统误差。发生顺序误差的主要原因：生物体与其环境的变化都具有周期性。