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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

试验设计

正交试验与因子设计在最小试验次数下估计因素效应,区组设计控制混杂因素。

所属主题:应用统计 ↗
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参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。

01定义

试验设计以最少试验次数提取最多信息:费希尔三原则(重复、随机化、区组)控制误差与混杂,正交表与因子设计系统安排试验点——「先设计后试验」是统计对实验科学的最大馈赠。
A B C D B A D C 拉丁方:行、列、处理三方皆平衡 随机化破混杂、区组控噪声、重复估误差
拉丁方设计:每个处理在每行每列恰出现一次

02核心要点

01

费希尔三原则

重复给误差自由度;随机化使未控因素平均化(因果推断的合法性来源);区组把已知噪声源隔离——三者共同保证 F 检验的有效性。

02

因子与分式

2k2^k 全因子试验估计一切主效应与交互;分式设计以混杂换次数(分辨率 III/IV/V)——筛选阶段用分式,精细阶段用全因子。

03

序贯与现代

响应面法(中心复合设计)寻找最优工艺点;贝叶斯优化(高斯过程 + 采集函数)是昂贵试验的当代继承者。

03关键公式

拉丁方:yij=μ+αi+βj+τt(i,j)+εij\text{拉丁方}: y_{ij}=\mu+\alpha_i+\beta_j+\tau_{t(i,j)}+\varepsilon_{ij}

04历史沿革

费希尔 1920-30 年代在洛桑斯特德农场试验中创立;耶茨发展拉丁方与混杂理论;田口玄一 1950 年代将正交表带入工业质量工程。

05应用与延伸

制药工艺开发(QbD)、半导体良率优化、农业品种试验、互联网实验平台的分流设计。

06交互演示

拉丁方设计:控制两个混杂因素3×3 拉丁方:每个处理在每行、每列恰好出现一次

07相关概念