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方差分析條件及标準

圖文 更新时间:2024-07-22 23:12:46

當我們使用DOE研究因子對響應變量的影響時,根據實驗數據我們怎麼分辨哪些因子的影響是顯著的,哪些因子的影響不顯著呢?答案就是方差分析(ANOVA),我今天就先簡單來談談方差分析。

首先,我們看一下來自百度百科的方差分析定義:

方差分析條件及标準(方差分析-DOE漫談06)1

我們可以從定義中看到,造成波動的原因分為兩類,一是不可控的随機因素,另一個是實驗中的可控因素。所以方差分析的本質将可控因子變化造成的波動(組間波動)與随機因素造成的波動(組内波動)來比較,如果可控因子變化造成的波動遠大于随機因素造成的波動,那麼就表示可控因子的變化對響應變量有顯著影響。在實際的數據處理之中,我們用方差來表示數據的波動大小,所以我們就叫方差分析。

下面我們來看一個方差分析的例子。

在生産過程中,我們想知道不同産線和不同溫度對斷裂強度的影響。于是在4條産線,5個不同溫度下進行實驗研究,獲得每個實驗數據,通過minitab進行方差分析,結果如下:

方差分析條件及标準(方差分析-DOE漫談06)2

先說結果判斷,生産線P=0.028<0.05,溫度P=0.124>0.05。所以基本上可以說在a=0.05水平上,生産線對斷裂強度有顯著影響,溫度對斷裂強度沒有顯著影響。

看完結果,有興趣的同學再接着看看圖中的幾個概念:

1、自由度:自由度(degree of freedom, df)指的是計算某一統計量時,取值不受限制的變量個數。對于可控因子自由度通常為水平數-1(如生産線的自由度為4-1=3),總的自由度為實驗次數-1(例子中,4*5-1=19),誤差的自由度就是19-3-4=12。

2、Adj SS:偏差平方和。我們可以理解為對每個數據和平均值的差的平方求和。這個可以在一定程度上表明數據波動的大小。但是,平方和與數據個數有關,通常數據個數越多,平方和會大一些,所以呢,我們要結合數據個數,也就是上面的自由度來看。

3、Adj MS:均方和。它就是對平方和與數據個數的修正。Adj MS= Adj SS/自由度。

所以,我們說了那麼多,實際上方差分析就是比較Adj MS的大小。那麼如何比較大小呢,就是将可控因子的Adj MS除以誤差的Adj MS,我們就能得到這個比值,比如圖中,生産線的F=32.711/7.552=4.33,看這個F值是否落在F分布的拒絕域。這就是方差分析的内在邏輯。但是,我們實際操作中不用那麼麻煩,直接看P值就差不多了。

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