SPSS正交試驗設計及其方差分析

試驗優化設計，指在最優化思想的指導下，進行最優設計的一種優化方法，從不同的優良性出發，合理設計試驗方案，有效控制試驗干擾，科學處理試驗數據，全面進行優化分析，直接實現優化目標。

正交試驗設計是試驗優化的常用技術，在農業試驗、工業優化、商業優化等方面應用已久。主要優點是能在多試驗條件中選出代表性強的少數試驗方案，通過對這些少數試驗方案結果的分析，從中找出最優方案或最佳生產工藝條件，并可以得到比試驗結果本身給出的還要多的有關各因素的信息。

SPSS軟件不僅具有包括數據管理、統計分析、圖表分析、輸出管理等在內的基本統計功能，而且用它處理正交試驗設計中的數據程序簡單，分析結果明了。

【實施正交試驗設計的步驟】

1、明確試驗目的，確定考核指標

明確通過正交試驗想要解決什么問題，確定用來衡量試驗效果的評價指標，并詳細描述出評定該指標的原則標準、測定指標的方法重要信息。

2、挑因素，選水平

有依據的選擇引起指標變化的影響因素，因素在試驗中的各種狀態稱為因素的水平。盡量選擇適用于人為控制的和調節的影響因素，最后列出因素水平表。

3、選擇合適的正交表

在能夠安排下試驗因素和交互作用前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗次數和成本的消耗。

4、進行表頭設計

表頭設計即將試驗因素安排到所選正交表的各列中去的過程。正交表中的任意一列的位置是一樣的，可以任意變換，因此不考慮交互作用的情況下可直接將所有因素安排在任意一列；如果考慮交互作用，則必須按照交互作用列表的規定進行配列；為避免混雜，那些主要因素重點考察的因素涉及交互作用較多的因素，應優先安排；特別注意，盡可能安排空列，用于反映試驗誤差，并以此作為衡量試驗因素產生的效應是否可靠的標志。

5、排出試驗方案

表頭設計完成后，將所選正交表中各列的不同數字換成對應因素的相應水平，形成試驗方案。試驗方案中的試驗號并不意味著實際進行試驗的順序，一般需同時進行，若條件不允許，為排除外界環境干擾，應使試驗序號隨機化。

6、開始試驗，收取結果

按照隨機化的試驗順序進行試驗，記錄結果必備分析。

7、試驗結果的統計分析

正交設計的結果分析有兩種，一種是極差分析法（直觀分析法），只考慮因素間的影響，不考慮試驗誤差。另一種是方差分析法，是一種精細化分析方法，可采用spss完成。

【SPSS正交試驗設計案例】

我們用正交試驗的方法，對從中草藥虎杖中提取白藜蘆醇苷的工藝進行優化。

（1）明確目的，確定指標：這是工藝優化的案例，目的在于通過試驗，尋求優選白藜蘆醇苷的最佳提取條件，白藜蘆醇苷提取的效果指標為白藜蘆醇苷含量。

（2）挑因素，選水平：根據專業知識及參考文獻知識，以及正交試驗的特點，選定影響水提取法的3個因素，加水量、煎煮時間、煎煮次數，每個因素3個水平，列出因素水平表如下：

（3）選擇正交表：此為3水平試驗，并不考慮交互作用，有3個因素需要占據3列，預留一個空列作為誤差的話，標準正交表L934是最合適的選擇。

（4）表頭設計：不考慮交互作用，因素可占據任意列。

（5）排出試驗方案：方案及試驗結果如下表，第六步省略。

（7）試驗結果的方差分析：為考察試驗的誤差及精細效果，我們直接采用SPSS方差分析來對此試驗進行結果分析。

A:方差分析的步驟

B:不考慮交互作用，只考察各因素的主效應

C:方差分析結果解讀

由方差分析可知，影響因素中加水量和煎煮次數兩個對提取白藜蘆醇苷具有顯著的影響，而煎煮時間這個因素對其的影響較小。3個因素的主次關系是：煎煮次數>加水量>煎煮時間。

D：影響因素的哪個水平最好？可以通過繪制出的圖直觀的看出，也可以通過鄧肯氏檢驗來解答，這里我們僅列出直觀圖。

通過上圖，我們可以非常直觀的看出，從三個因素中選擇最好的水平，得到最佳組合為A3B2C3，即加水量12，煎煮時間1.5小時，煎煮次數3次。

使用SPSS統計軟件包對L9(34)正交試驗結果進行數據處理,只要按正交表的設計格式輸入實驗數據,便可獲得所需的統計結果。其操作方便，直觀，快捷，結果準確，使研究工作事半功倍，此法也可用來處理其他正交試驗的數據。

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