方差分析原理
• 固定因素：
①因素的a个水平是人为特意选择的。 ②方差分析所得结论只适用于所选定的a个水平。
• 固定效应模型：处理固定因素所使用的模型。
• 随机因素：
①因素的a个水平是从水平总体中随机抽取的。 ②从随机因素的a个水平所得到的结论，可推广到该
因素的所有水平上。
• 随机效应模型：处理随机因素所使用的模型。
•五个水平：品系I-V •重复(Repeat)：在特定因素水平下的独立试验
•五次重复
单因素方差分析的数据形式
X因素的a个不同水平（处理）
每 个 处 理 下 n 个 重 复
n
xi xij ,
j 1
xi

1 n
xi ,
i 1, 2,, a
a n
x
xij ,
i 1 j1
第八章 单因素方差分析
Chapter 8: One-factor Analysis of Variance
(One-Way ANOVA)
• 当比较的平均值的数目K≥3时，不能直接应用 t测验或u测验的两两之间的假设测验方法
1、当有k个处理平均数时，将有 个C差K2 数， 要对这诸多差数逐一进行检验，程序繁琐。 2、试验误差估计的精确度降低。 3、两两测验的方法会随着K的增加而大大增 加犯I型错误的概率。
固定效应模型
其负中值相αi是抵处，理因平此xi均j 数 与总i 平ij均数ij 的11离,, 22差,, ，,,na因这些离差的正
n
i 0
如α果i≠0不。存因在此处，理零效i假1 应设，为各：αi都应当等于0，否则至少有一个 H0：α1＝α2＝ … ＝αa＝0
SS =
T总平方和
SS SS +
A处理平方和
e误差平方和
自由度的 分割
df T
=
总自由度
an 1
df df A处理自+由度
e 误差自由度
a 1
an a
MSA SSA /df A
处理均方
MSe SSe / dfe
误差均方
固定效应模型
单因素固定效应模型的方差分析表
处理效应对均方的贡献
固定效应模型
x

1 an
x
方差分析原理
线性统计模型：
xij i ij
i 1, 2, , a

j

1,
2,

,
n
模型中的xij是在第i次处理下的第j次观测值。μ是总平均数。α i是对 应于第i次处理的一个参数，称为第i次处理效应(treatment effect)。 ε ij是随机误差，是服从N(0，σ 2)的独立随机变量。
(by RA Fisher)
例 调查5个不同小麦品系株高是否差异显著
1 2 3 4 5 和 平均数
I 64.6 65.3 64.8 66.0 65.8 326.5 65.3
II 64.5 65.3 64.6 63.7 63.9 322.0 64.4
品系
III
IV
67.8
71.8
66.3
72.1
67.1
i1
xi x
2

1 n
a i 1
xi2

x2 na
C x2 na
减少计算误差 利于编程
C称为校正项。误差平方和 SSe ＝ SST－SSA
例 调查5个不同小麦品系株高，结果见下表：
1 2 3 4 5 和 平均数
I 64.6 65.3 64.8 66.0 65.8 326.5 65.3

xij xi 2
xij xi xi x
xi x
i1 j1
i1 j1
i1 j1
an
a
n
xij xi xi x
xi x
xij xi 0
i1 j1
i1
j1
a
•
方差分析统计量：
Fdf A ,dfe

MS A MSe
若零假设成立，不存在处理效应，则组内变异和组间变异都
只反映随机误差( 2 )的大小，此时处理均方 (MSA )和误差
均方(MSe )大小相当，F 值则接近1，各组均数间的差异没
有统计学意义；反之，如果存在处理效应，则处理变异不仅
包含随机误差，还有处理效应引起的变异
第八章 单因素方差分析
Chapter 8: One-factor Analysis of Variance
• 方差分析：从总体上判断多组数据平均数 （K≥3） 之间的差异是否显著
方差分析将全部数据看成是一个整体，分析构成变 量的变异原因，进而计算不同变异来源的总体方 差的估值。然后进行F测验，判断各样本的总体平 均数是否有显著差异。若差异显著，再对平均数 进行两两之间的比较。
备择假设为： HA：αi ≠ 0（至少有一个i）
固定效应模型
• 平方和与自由度的分解
an
2
an
2
xij x
xij xi xi x
i1 j1
i1 j1
a n
2
an
an
2
70.0
66.8
69.1
68.5
71.0
336.5 354.0
67.3
70.8
V 69.2 68.2 69.8 68.3 67.5 343.0 68.6
•因变量(响应变量):连续型的数值变量株高 •因素(Factor)：影响因变量变化的客观条件
•一个因素：“品系” 单因素方差分析 •水平(Level)：因素的不同等级 不同“处理”
n
2
a
xij x n
a
xi x 2
n
2
xij xi
i1 j1
i 1
i1 j1
固定效应模型
a
n
2
a
xij x n
a
xi x 2
n
2
xij xi
i1 j1
i 1
i1 j1
平方和的
分割
(n2 a来自)，此时F值显著大于1，各组均数间的差异有统计学意义。故依据 F
值的大小可判断各组之间平均数有无显著差别。
固定效应模型
• 平方和的简易计算
a n
SST
i1 j1
xij x
2

a i 1
n j1
xi2j
x2 na
a
SSA n
II 64.5 65.3 64.6 63.7 63.9 322.0 64.4
品系
III
IV
67.8