【摘要】数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。数据的形式可以是数 字、文字、图形或声音等。数据经过解释并赋予一定的意义之后，便成为信息。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导 出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。本文介绍了正交试验设计的方法并举例说明了该方法在食品科学技术研究中的应用。 【关键词】实验设计方法；正交试验；在食品科学中的应用；正交分析法
引言
正交设计方法是处理多因素试验的一种科学的试验方法,它利用一种规范化的表- 正交表,合理安排试验,用这种方法只进行较少次数的试验便可判断出较优的条件; 若再对试验结果进行简 单的统计分析,还可以更全面、更系统地掌握试验结果,作出正确的判断。影响小麦秸秆粉碎性能的因素有很多,很有必要利用正交设计方法对其各种因素影响的关键程度和每个因素的最优水平进行科学的分析和确定。
实验设计指科学研究的一般程序的知识，它包括从问题的提出、假说的形成、变量的选择等等一直到结果的分析、论文的写作一系列内容。它给研究者展示如何进行科学研究的概貌，试图解决研究的全过程。
实验设计的活动包括如下：
1．建立与研究假说有关的统计假说；
2．确定实验中使用的实验处理(自变量)和必须控制的多余条件(额外变量)；
3．确定实验中需要的实验单元(被试)的数量及被试抽样的总体；
4．确定将实验条件分配给被试的方法；
5．确定实验中每个被试要记载的测量(因变量)和使用的统计分析。
研究者在实验前根据研究目的拟定的实验计划及方法策略。其主要内容是合理安排实验程序，并提出将如何对实验数据作统计分析、心理实验设计的主要步骤可归纳为：①根据研究目的提出假设；②拟定验证假设的方法、程序；③选择适当的处理、分析实验数据的统计方法。
常用的实验设计方法有：正交试验设计法、均匀实验设计法、单纯形优化法、
双水平单纯形优化法、回归正交设计法等。可供选择的实验设计方法很多，各种试验方法都有它们的特点。所面对的任务与要解决的问题不同，选择的方法也应有所不同。
正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐 整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行33 = 27种组合的实验，且尚未考虑每
一组合的重复数。若按L9(3)正交表安排实验，只需作9次，按L18(3)正交表进行18次实验，显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
正交表是一整套规则的设计表格，用 L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。例如L9(34)，它表示需作9次实验，最多可观察4个因素，每个因素均为3水平。一个正交表中也可以各列的水平数不相等，我们称它为混合型正交表。
机械创新设计论文正交试验设计的安排
正交试验设计的关键在与试验因素的安排。通常，在不考虑交互作用的情况下，可以自由的将各个因素安排在正交表的各列，只要不在同一列安排两个因素即可（否则会出现混杂）。但是当要考虑交互作用时，就会受到一定的限制，如果任意安排，将会导致交互效应与其它效应混杂的情况。
因素所在列是随意的，但是一旦安排完成，试验方案即确定，之后的试验以及后续分析将根据这以安排进行，不能再改变。对于部分表，如L18（2*3^7）则没有交互作用列，如果需要考虑交互作用需要选择其它的正交表。
正交试验设计的极差分析
在完成试验收集完数据后，将要进行的是极差分析(也称方差分析）。
极差分析就是在考虑A因素时，认为其它因素对结果的影响是均衡的，从而认为，A因素各水平的差异是由于A因素本身引起的。
鸭子捉兔
用极差法分析正交试验结果应引出以下几个结论：
①在试验范围内，各列对试验指标的影响从大到小的排队。
某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时，使试验指标数值的变化最大。所以各列对试验指标的影响从大到小的排队，就是各列极差D的数值从大到小的排队。
②试验指标随各因素的变化趋势。
③使试验指标最好的适宜的操作条件（适宜的因素水平搭配）。
④对所得结论和进一步研究方向的讨论。
较优条件选择
各因素的好水平加在一起，是否就是较优试验条件呢？理论上，如果各因素都不受其它因素的水平变动影响的，那么，把各因素的优水平简单地组合起来就是较好 试验条件。但是，实际上选取较好生产条件时，还要考虑因素的主次，以便在同样满足指标要求的情况下，对于一些比较次要的因素按照优质、高产、低消耗的原则 选取水平，得到更为结合试验实际要求的较好生产条件。
以上介绍如何分析各因素水平的变动对指标的影响。讨论A因素时，不管其它因素处在什么水平，只从A的极差就可判断它所起作用的大小。对其它因素也作同样的分析，在此基础上选取谙因素的较优水平。
实践中发现，有时不仅因素的水平变化对指标有影响，而且，有些因素间各水平的联合指配对指标也产生影响，这种联合搭配作用称为交互作用。而交互作用应该在试验设计时考虑到。
正交试验分析方法模糊数学模型
一、直接对比法
直接对比法就是对试验结果进行简单的直接对比。直接对比法虽然对试验结果给出了一定的说明，但是这个说明是定性的，而且不能肯定地告诉我们最佳的成分组合。显然这种分析方法虽然简单，但是不能令人满意。
二、直观分析法
直观分析法是通过对每一因素的平均极差来分析问题。所谓极差就是平均效果中最大值和最小值的差。有了极差，就可以到影响指标的主要因素，并可以帮助我们到最佳因素水平组合。
正交试验设计的过程:
1)确定试验因素及水平数；
2)选用合适的正交表；
3)列出试验方案及试验结果；
4)对正交试验设计结果进行分析，包括极差分析和方差分析；
5)确定最优或较优因素水平组合。
例 1 应用正交设计法筛选天麻钩藤饮优化处方研究
1 天麻钩藤饮优化处方筛选
1. 1 优化处方筛选方案 天麻钩藤饮由11味中药组成,将每一味中药作为一个因素,每个因素设“有”和“无”两个水平(即有此药和无此药) ,选择L12 (211 )正交表设计配方,共得12个配方。根据中医理论结合笔者临床经验,选取天麻钩藤饮正交1方、正交2方与天麻钩藤饮原方进行降压作用比较研究。
1. 2 实验动物 清洁级SD大鼠90只,雌雄各半,体质重180～220g,湖南长沙市开福区东创实验动物技术服务部提供。动物许可证号: scxk (湘) 200620001。
1. 3 药物制备 附子汤(造模用) ,制附子20g,煎煮90min,浓缩至200ml (含生药0. 10g/ml) ;天麻钩藤饮原方: 天麻10g,钩藤15g (后下) ,石决明20g(先煎) ,山栀、黄芩各6g,川牛膝10g,
杜仲、益母草、夜交藤、茯苓各12g,桑寄生9g,水煎取200ml (含生药0. 67g/ml) ;天麻钩藤饮正交1方:天麻10g,钩藤15g(后下) ,石决明20g (先煎) ,川牛膝10g,桑寄生9g,水煎取200ml (含生药0. 36g/ml) ;天麻钩藤饮正交2方:天麻10g,钩藤15g (后下) ,杜仲12g,山栀、黄芩各6g,水煎取200ml (含生药0. 25g/ml) 。以上药材均由南宁市一心药业有限公司提供。卡多普利(江苏常州制药厂生产) ,磨粉后双蒸水溶解配制成200ml (0. 16mg/ml) 。
1. 4 仪 器 ALC2N IBP无创尾动脉血压测定仪电泳工艺(上海奥尔科特生物科技有限公司)
1. 5 肝阳上亢证高血压模型 按文献方法[ 1, 2 ] ,采用钳夹左肾动脉加灌服附子汤制作大鼠肝阳上亢证高血压模型。钳夹左肾动脉以血管结扎后有血液回流,并结合顾德官等[ 3 ]报道的标准及国外较多采用的血压标准[ 4 ] :手术后凡血压比术前增高20mmHg(大于正常血压3 个标准差值)且高于150mmHg者确定为高血压大鼠模型成功。术后2周加灌服附子汤4周,制备肝阳上亢证高血压大鼠模型。根据形为学改变,包括外观毛光泽度降低、双眼结膜颜加深变红、性情易激惹、饮水量增加及旋转时间缩短等,确定为模型成功。造模时间共6周。
1. 6 分组与给药 将90只大鼠,随机分为六组,每组15只。正常组给予蒸馏水灌胃8周;其余
五组造模后,模型组给予蒸馏水灌胃;卡多普利组按3. 31mg/ ( kg·d) ,给予卡多普利溶液灌胃;天麻钩藤饮组按13. 4g/ ( kg·d) ,给予天麻钩藤饮溶液灌胃;天麻钩藤饮正交1方组按7. 2g/ ( kg·d) ,给予天麻钩藤饮正交1 方溶液灌胃; 天麻钩藤饮正交2 方按5g/ ( kg·d) ,给予天麻钩藤饮正交2方溶液灌胃。以上剂量均按动物体表面积系数折算,相当60kg成人临床剂量的5. 36倍。灌胃容量均为每次20ml/( kg·d) ,从第7周开始每天上午8时给药, 1天1次,连续给药2周。分笼饲养,正常饮食,秋波荡漾自由饮水。
1. 7 实验结果 与模型组比较,第8周末各用药组血压均有降低( P < 0. 05) ;与卡托普利组比较,天麻钩藤饮组及天麻钩藤饮正交2方降压疗效不及卡托普利( P < 0. 05) ;天麻钩藤饮正交1方降压疗效与西药卡托普利相当( P > 0. 05) ,见表1舒马赫。
2 天麻钩藤饮优化处方最佳剂量筛选
2. 1 优化处方不同剂量配比方案 根据以上试验结果,选择降压效果最优的天麻钩藤饮正交1方中4 味药物构成4个因素。天麻以6g为1水平、9g为2水平、12g为3水平、15g为4水平;钩藤以12g为1水平、15g为2水平;石决明以18g为1水平、24g为2水平;桑寄生以9g为1水平、12g为2水平;川牛膝以9g为1水平、12g为2水平。采用L8 ( 41 ×24 )混合水平正交表设计,共得8个处方,见表2。
2. 2 药物制备 附子汤同实验一。天麻钩藤饮正交1方8个处方均煎煮40min,浓缩至200ml液体,各方含生药量: 1方0. 27g/ml, 2方0. 35g/ml, 3方0. 315g/ml, 4方0. 35g/ml, 5方0. 34g/ml, 6方0. 33g/ml, 7方0. 36g/ml, 8方0. 35g/ml。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议