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實驗方法簡述

實驗方法簡述
剛剛結束實驗方法的課程學習,做個小結。
蒙哥馬利《實驗設計與分析》:
“研究者幾乎在所有領域中都會進行實驗,通常為了探究一個特定過程或系統。在實驗中通過對某一過程或系統的輸入變數作一些有目的的改變,以便能夠觀測到和識別出可在輸出響應中觀測到的變化的緣由。。。。。。實驗是科學或工程方法的一項重要組成部分。有時,由於對科學的現象理解的比較透徹,直接應用些簡單的原理就能得到包括數學模型的有用結果。直接由物理原理得到的模型叫做機理模型 ,例如 ,歐姆定律。然而,科學和工程中大多數問題要求對系統進行觀測和實驗,從而闡明系統執行的原因和方式。設計良好的實驗常常可以匯出系統執行的模型,這種實驗決定的模型叫做經驗模型

。一般地,過程或系統可以用圖1來表示。實驗的目的包括有:
(1)確定哪些變數對響應y的影響最大;
(2)確定有影響的x的設定為何值時可使y幾乎接近與所希望的額定值;
(3)確定有影響的x設定為何值時可使得不可控制的變數y的變異性較小;
(4)確定有影響的x設定為何值時可使得不可控制的變數z1,z2,zq的效應最小
等等”

圖1 過程或系統的一般模型
圖1 過程或系統的一般模型

一.簡單比較實驗(顯著性檢驗)
基本為《概率論與數理統計》中的檢驗和區間估計部分。
二.單因素實驗的方差分析
1.方差分析的目的和意義
我們在研究單因素實驗中某個因子不同水平值對該過程響應的影響時,會不可避免地受到實驗誤差和 各種噪聲的干擾,為了確定引起響應變異的原因究竟是因子的水平變化還是實驗誤差和干擾,我們利用方差分析將觀測值出現的變異分解為實驗處理引起的變異和實驗誤差引起的變異,從而確定實驗資料中不同來源的變異對觀測值變異影響貢獻的大小,確定實驗中單因素哥水平影響顯著與否。
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如表所示,通過方差分析,確定RF功率不同水平(160,180,200,220)對晶片的蝕刻率影響顯著與否。

2.具體步驟:
(1)提出假設
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若在顯著水平α拒絕H0,則認為因子在顯著水平α上是顯著的。

(2)總偏差平方的分解


分析:通過比較SS處理和SSE的大小來判斷原假設是否成立,若SS處理明顯大於SSE,則說明各水平之間差異明顯。
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通過總偏差的分解,進而構造服從F分佈的統計量進行檢驗。

(3)方差分析的前提及其檢驗
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前提的檢驗(模型適應性檢驗):
利用殘差進行分析:
原理:殘差值表示模型在多大程度上能解釋觀測資料中的變異(這裡不太明白???)如果模型假設成立,則殘差是無定性的。
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以上主要總結了單因素的方差分析過程,還有隨機區組化設計、析因分析和正交分析等分析方法,進一步深入學習後再來續上。