节省时间在实验室与实验设计
马林Edvardsson 5月3日,' 22 <19分钟

节省时间在实验室与实验设计

如果你花了很多时间计划,执行和评估实验,时间效率可能是重要的。一种方法可以帮你节省时间和资源,让你尽可能准确的结果实验设计美国能源部。我们想了解更多关于这种方法,并有幸跟滨Axelson-Fisk教授查尔默斯大学教授,在数理统计技术。教授在采访中,Axelson-Fisk分享她如何使用知识的能源部有效地计划你的工作,让你花大部分的时间在实验室里。

实验设计是什么?

总之,实验设计是一种充分利用实验提前计划,从一开始到最后,Axelson-Fisk教授说。它包括从数据收集到的样本大小,定义人口,测量误差的概念,用什么分析方法等等。DoE方法,你计划的每一步之前你甚至开始收集你的数据。你可以说它是一把伞的策略,可以有效地帮助你找到答案,Axelson-Fisk教授说。

为什么需要实验设计?

实验设计可以帮助你节省时间和资源。它使分析更有效率和准确,这也使得数据收集效率更高,Axelson-Fisk教授说。此外,它是一种有效的策略来帮助你找到你正在寻找的答案。如果你不小心,你可能会错过真正的现象。举个例子,当你测量能看到一个变量之间的关系,可能有其他因素影响你的测量,并隐藏效果,你正在寻找。所以,你的假设可能是正确的,但你看不见它,因为你没有仔细规划实验时,Axelson-Fisk教授说。

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选择包括哪些因素的重要性

在你开始之前,你必须弄清因素你认为影响结果,Axelson-Fisk教授说。如果有外部因素以外的其他你感兴趣的,不包括这些,你可能不会看到您感兴趣的变量的影响,她解释说。来举个例子,你想知道血压在人类的不同来源,以及是否影响个人的重量。如果你只建立一个模型,该模型包含体重加减一些错误,它包含一切,你不一定会看到体重的影响因为误差太大的变化。然而,如果你包含其他因素,如性别、年龄、等等,这样你单独的变异的来源,然后你会看到体重很重要。而如果你忽略所有其他因素,效果可能淹没在这些其他因素的大变化,Axelson-Fisk教授说。

有多少因素应该包括?

常见的答案从统计学家总是“视情况而定”,教授Axelson-Fisk微笑着说。考虑有多少因素取决于你怎么大样本,变化有多大,如何精确的你需要你的结果。如果你需要一个足够大的样本,那么你可以把你想要尽可能多的因素。通常情况下,你会有两个或三个因素在同一模型。或者,你可以有一个所谓的析因设计这是常见的,例如,当你想优化的过程中,要算出各种因素的最佳设置。第一种方法,它通常包括大量的因素,但只在两个层次,即。两种不同设置的每个因素,识别哪些因素最影响你的过程。下一步是确定这些因素的最佳设置。但简而言之,许多因素包括取决于大样本你可以承受,或造成多大的变化是在这个过程中,Axelson-Fisk教授解释道。

“样品”的定义

“样本”这个词有一个非常具体的统计意义,Axelson-Fisk教授说。目标是得出结论的人口作为一个整体对一些功能。例如说,你想知道什么是血压的变化在人口,多少取决于重量。通常情况下,你不能衡量整个人口。如果你可以,那么你不需要统计数据,因为你已经有了答案。在你无法衡量整个人口的情况下,你必须画一个小样本。这个示例应该尽可能好的代表整个人口。

在统计数据,样本意味着观测是独立的,即从相同的分布。随机,我们画个人,互相独立,从相同的人口。是非常重要的,样本反映了人群中不同来源的变异。如果有不同的亚种,导致利益的不同分布的特性,这需要考虑的样本。例如,如果血压的基本水平之间的性别不同,样本需要包含同样的性别比例的人口。你需要确保的比例不同的亚种在镜子样本人口的比例。如果你有在你的非均质性的人口,它必须代表。基本上,样本的必须是一个很好的表示变化的人口作为一个整体。否则,得出结论的示例将只适用于特定的样品,不会坚持推断人口,Axelson-Fisk教授说。

实验设计如何选择因素

谁受益于使用实验设计?

人做实验,想要从这些实验得出适当的结论,受益于使用实验设计,Axelson-Fisk教授说。在其最简单的形式,它仅仅意味着你认为你的实验,你想实现什么,最好的方法。注意,是有区别的探索性说明分析。如果你是一个字段,或者如果你进入一个新的方向,那么也许你不知道什么假设测试或变量之间的关系。在这种情况下,你可以收集数据没有任何先决条件的情况下,寻找规律。你不做任何统计推断的数据,而是使用描述性统计数据中识别模式和趋势。但是一旦你已经发现了一些有趣的模式你不能做相同的数据集的假设检验,因为你不知道你所发现的模式只是一个随机事件在你的数据或如果它是真正的整个人口。所以,你可能开始一个探索性分析,找到潜在的模式,假设,或关系。然后,您可以做一个解释分析。你画一个新样本的人口和测试这些假设测试如果模式实际上是出现在人群中,而不仅仅是一些不幸的选择数据,Axelson-Fisk教授说。

实验设计,一步一步

简而言之,您通常首先有一些假设您想测试,Axelson-Fisk教授说。你想看如果有你测量和一些变量之间的关系。你决定测试这个,所以你要画一个样本。现在,你必须决定什么是你想测试这个的人口,人口的样子。有尺度吗?很难从整个人口样本吗?等等。有一整套理论如何选择具有代表性。样品你需要多大取决于人口的变化有多大,和误差多大可以允许的。举例来说,如果你想声称药有效果,你可能想要比如果你更特定的测试更重要。确定你想要的越多,样品你应该更大。 So, the planning on how big margins you have and how big variance you have you have to decide on the sample size. There are of course methods for computing this as well, Prof Axelson-Fisk says. Next, depending on what question you are asking, you must choose analysis method, and model. Along with the model comes conditions that must be fulfilled. For example, common conditions are that the data must be normally distributed, it should be independently sampled, the variance must be homogeneous over your sample and so on, so you need to make sure that your data fulfills the conditions. If the data does not fulfill the conditions, either you must rethink how you sample your data, if your data can be transformed to meet the conditions, or you have to choose another method. Then, given what method you have chosen to analyze your data, there are lots of tools to help you to do the analysis and how to draw the conclusions. These are the main steps, Prof Axelson-Fisk says.

选择分析方法

这取决于你想要达到有各种类型的统计分析方法。举例来说,如果你想比较数量,看看是有区别的,实际个人或方法之间等等,然后做一个所谓的两个示例学习任务,Axelson-Fisk教授说。如果你有两个以上的人口,亚种群,或组,你想比较,那么你拥有的方差分析(方差分析)。方差分析是两个样本t的延伸超过两个种群。如果你想明确地确定你的测量和一些因素之间的关系,那么你可以使用线性回归,或者其他形式的回归。在回归,你适合你的数据模型。该模型可以用于测试的因素会影响响应或预测响应你会得到如果你取得新的测量因素,Axelson-Fisk教授解释道。

分子吸附到表面

应该使用哪种方法来优化例如分子吸附到表面吗?

在一个情况下你想优化一个分子的表面吸收的功能,例如,pH和盐浓度时,你可以使用析因设计,你把你的设计因素,Axelson-Fisk教授说。你有你的测量,我们称之为响应和你的不同因素pH值,在这种情况下,盐浓度,你认为影响响应。如果你想优化分子吸收表面,即。,确定你得到的最高或最低的反应,那么你想找两个因素的最佳设置。通常,您确定水平,即。固定的值,这些因素。最常见和最有效的阶乘设计,有两个级别的每个因素,但是你可以有更多的。然后随机实验,所以你运行实验各因素的组合设置以随机的顺序。如果你有pH值和盐水平,然后你选择两个pH值和两个盐的水平。在实验室里你将会有四个因素的不同组合,然后你会测量你的反应在这四个不同的条件,Axelson-Fisk教授说。

如何选择因子水平

如果你没有任何系统的先验知识,说你想最大化分子吸收,你不知道如果你需要一个高盐浓度或较低的一个,那么你必须猜水平选择,但他们应该相当远,Axelson-Fisk教授说。当你开始你的实验,例如你可以看到高盐浓度导致一个更大的分子吸收低浓度。那么你知道你应该去一个就越高。接下来,你可以选择两个新的水平,或者你可以使用所谓的响应面阴谋的结果作为一个功能的因素,指导你哪个方向的分子吸收增加。现在,你会尝试新水平的因素,也许最终你会识别范围,该值之间有最大的分子吸收。然后你可以做较小的步骤,即。,选择更多的人口水平,实际的最佳位置,Axelson-Fisk教授说。

在表面科学——实验设计技巧和窍门,能源部

听采访Axelson-Fisk教授了解更多关于如何使用实验设计有效地计划你的工作,使大部分时间在实验室度过的。在谈话中我们也讨论使用能源部时可能出现的挑战和困难,和寻找什么缺陷。


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