CAPITULO 4: PARA EL DISEO DE INVESTIGACIONES''''''''''''''''''

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CAPITULO 4PARA EL DISEÑO DE INVESTIGACIONES....
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• Parte I los principios
• Parte II Un caso de estudio

• Claudio Raul Bernal Bustos

Presentación de contenidos documento de trabajo
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PARTE IPrincipios.... para el diseño de
investigaciones...
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PARTE I Principios.... para el diseño de
investigaciones...

• Planeación de la investigación
• Experimentos, tratamientos y unidades
  experimentales
• La hipótesis de investigación genera el diseño de
  los tratamientos
• Control local de errores experimentales
• Réplicas, como dispositivo para validar
  experimentos
• Aleatorizar, como dispositivo para tener
  inferencias válidas
• Eficiencia relativa del diseño de experimentos

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Planeación de la investigación
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Planeación de la investigación

• Objetivos específicos del experimento
• Identificación de los factores que influyen y
  cuáles de ellos varían y cuáles permanecen
  constantes.
• Características a medir
• Procedimientos particulares para realizar las
  pruebas o medir las características.
• Número de repeticiones del experimento básico a
  realizar
• Recursos y materiales disponibles

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Experimentos, tratamientos y unidades
experimentales
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Experimentos, tratamientos y unidades
experimentales

• Experimento
• Se limita a un conjunto particular de
  circunstancias, bajo un protocolo específico para
  observar y evaluar las implicaciones de las
  observaciones resultantes
• Experimento comparativo
• Implica que se establezca más de un conjunto de
  circunstancias en el experimento y que se
  comparen entre si las respuestas a las diferentes
  circunstancias

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Experimentos, tratamientos y unidades
experimentales

• Tratamientos
• Conjunto de circunstancias creados para el
  experimento, en respuesta a la hipótesis y son el
  centro de la misma
• Unidad experimental
• Es la entidad física o el sujeto expuesto al
  tratamiento independiente de otras unidades.
  Constituye una sola réplica del tratamiento

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Experimentos, tratamientos y unidades
experimentales

• Error experimental. Orígenes
• La variación natural entre unidades
  experimentales
• La variabilidad en la medición de la respuesta
• La imposibilidad de reproducir las condiciones
  del tratamiento con exactitud de una unidad a
  otra.
• La interacción de los tratamientos con las
  unidades experimentales.
• Cualquier otro factor externo que influya en las
  características medidas

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Conclusión.....

• Un importante objetivo de los cálculos
  estadísticos es lograr una estimación de la
  varianza del error experimental en el contexto,
  el error experimental es la varianza en unidades
  de las observaciones del experimento, cuando las
  diferencias entre éstas se pueden atribuir sólo
  al error experimental

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La hipótesis de investigación genera el diseño de
tratamientos
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La Hipótesis de investigación genera el diseño de
los tratamientos

• La hipótesis de investigación establece un
  conjunto de circunstancias y sus consecuencias.
  Los tratamientos son una creación de las
  circunstancias para el experimento.

Relación entre los tratamientos y las hipótesis
..................................................
...?
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Relación entre los tratamientos T - y las
hipótesis - Hi

• Los T son el conjunto de circunstancias creados
  para el experimento, en respuesta a la Hi la Hi,
  (a) es una propuesta de solución al problema, de
  carácter conceptual es decir, conjetura
  especulativa de cómo puede resolverse el
  problema. (b) deducción o derivación a partir de
  una explicación teórica más o menos formalizada
  acerca del fenómeno que es objeto de estudio. (c)
  reflejan alguna conjetura acerca de la situación
  del problema

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?Relación T vs Hi

• Si (a), (b) y (c ), entonces los T elegidos, no
  aseguran a Hi, por tanto, los T son el centro de
  Hi. Lo que significa que cuando se eligen los T
  adecuados en respuesta a Hi, es posible
  comprender mejor el problema
• Hi ? T ? problema

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Los T, generados por Hi

• Hi La energía requerida al reunir comida para la
  colonia de abejas es independiente de la
  temperatura

• T efecto, en Hi, por variación de la temperatura
  ambiental

Estudio de la cinética de bebida de las abejas
productoras de miel a diferentes temperaturas
ambientales
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Los T, generados por Hi

• Hi los retrasos del tránsito depende del tipo de
  configuración usada en la señalización

• T efecto, en Hi, de los métodos para medir los
  retrasos del tránsito

Evaluar varios métodos para medir los retrasos
del tránsito en intersecciones con diferentes
tipos de configuraciones en los semáforos
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Conclusión

• Ya sea que el investigador realice un experimento
  diseñado o un estudio por observación, su tarea
  es seleccionar los T (tratamientos) apropiados
  para responder a la Hi (hipótesis). Pero muchas
  veces se requieren T adicionales para evaluar por
  completo las consecuencias de Hi, para ello, se
  debe pensar en los TC Tratamientos de Control.

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TC Tratamientos de Control

• Es un punto necesario para evaluar el efecto de
  los T experimentales. Es decir, un control C es
  al que no se le da T, por tanto, C revelará las
  condiciones en las que se efectuó el experimento.

Consideraciones adicionales sobre los TC ?
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Consideraciones adicionales sobre los TC

• En ocasiones, los T requieren la manipulación de
  las UE (Unidades Experimentales) o sujetos cuando
  esa sola manipulación puede producir una
  respuesta a estos los denominamos TCP
  tratamientos de control placebo. Por otro lado, C
  puede representar una práctica normal con la que
  se puede comparar el Método experimental. En
  algunas situaciones es necesario incluir dos
  tipos de control distintos el NO T y el TCP

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Debemos hacer algunas preguntas a la naturaleza,
y de preferencia, una a la vez

• ltlt La naturaleza..... responderá mejor a un
  cuestionario concebido lógica y cuidadosamente
  en realidad, si le planteamos una sola pregunta,
  se rehusará a responder hasta que se analice
  algún otro tema gtgt
• Es decir, en los sistemas naturales no se sabe si
  la influencia de un T es independiente de otra o
  si su influencia se relaciona con la variación de
  los T.

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Ejemplo

• Estudio comparativo de la cantidad de nitrógeno
  producido en suelos salinos, sódicos y normales
  por fijación simbiótica de nitrégeno por
  bacterias Risobium.

• Temperatura y humedad en el suelo afectan la
  producción de nitrógeno TS y HS ?? N
• Temperatura y humedad podrían ser diferentes para
  cada tipo de suelo TSS ? TSS ? TSN HSS ? HSS ?
  HSN
• En consecuencia
• Tendríamos que examinar la producción de
  nitrógeno a varias temperaturas, combinadas con
  distintas condiciones de humedad para cada suelo.
  El conjunto de tratamientos, digamos suelos, se
  prueba con uno o más conjunto de tratamientos,
  como humedad y temperatura.

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CONTROL LOCAL DE ERRORES EXPERIMENTALES
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Control local de errores experimentales

• La técnica afecta la variación y el sesgo
• Selección de unidades experimentales uniformes
• La segregación en bloques (bloquización) para
  reducir la variación del error experimental
• El diseño experimental asigna los tratamientos
• Covariadas para el control estadístico de la
  variación

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La técnica afecta la variación del sesgo. Tareas

• Medición exacta - Me
• La preparación de medios - Pm
• Obtención de soluciones o calibración de
  instrumentos - OSCI
• Métodos e instrumentos - MI

• (-)MePmOSCIMI ? ltltltltltltVariación

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?gtgtgtgtgtgtgt variación ( varianza estimada para el
error experimental

• Verificar la selección de las unidades
  experimentales para el estudio
• El protocolo del tratamiento
• Las técnicas de medición y el personal

• En busca de fuentes de error y luego intentar
  hacer los ajustes necesarios

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Selección de unidades experimentales uniformes -
ueu

• Las ueh (unidades experimentales heterogéneas)
  producen valores grandes en la varianza, por
  tanto, se requiere de las ueu pero, si la
  selección es demasiado restringida, puede
  producir condiciones de uniformidad artificiales.

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La segregación en bloques (bloquización) para
reducir la variación del error experimental dos
cosas

• Hacer una distinción clara entre los componentes
  del error que debían eliminarse en el campo y las
  que no debían eliminarse.
• Modificar el proceso estadístico de la estimación
  del error de manera que los componentes del error
  que se eliminaron en el campo sean igualmente
  eliminados en el laboratorio estadístico.

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Bloquización
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El diseño experimental asigna los tratamientos

• Diseño de experimentos sin bloquizar
• Experimentos con un solo criterio de bloquización

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El diseño experimental asigna los tratamientos

• Diseño de experimentos sin bloquizar
• Experimentos con un solo criterio de bloquización

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Diseño de experimentos sin bloquización

• Experimento
• Comparar los efectos de tres aditivos de
  gasolina, según la emisión de CO2
• Unidad experimental motores de automovil
• Tratamiento aditivos número de aditivos 3
• Total tratamientos 3 cada aditivo se debe usar
  en dos motores
• Número de unidades experimentales 6
• Número de unidades por tratamiento 2

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Representación
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Experimentos con un solo criterio de bloquización

• Estudio de los efectos de tres dietas en el
  crecimiento de ratones de laboratorio
• Unidad experimental ratones del mismo género
• Número de Unidades experimentales 6
• Bloquización camada (total 2)
• Número de unidades experimentales/bloque 3
• Tratamiento Dietas (A, B y C) DA DB DC
• Diseño B1TDA(C1-r1) B1TDB(C1-r2) B1TDC(C1-r3)
  B2TDA(C2-r1) B2TDB(C2-r2) B2TDC(C2-r3)
  B((1,2)TD(ABC(C(12)(1,1,2,3,4,5,6))

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Representación
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Covaridas para el control estadísticos de la
variación

• Son variables relacionadas con la variable
  respuesta de interés. Se usa para establecer un
  control estadístico sobre la varianza del error
  experimental, mediante el análisis de la
  covarianza. En el ejemplo anterior, el aumento de
  peso es una variable covariada

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Representación de una covariada
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Replicar, como dispositivo para obtener
experimentos válidos
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La réplica

• Implica una repetición independiente del
  experimento básico, es decir, cada tratamiento se
  aplica de manera independiente a dos o más
  unidades experimentales.

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Razones para hacer réplicas

• Demuestra que se pueden reproducir los
  resultados, al menos bajo las condiciones
  experimentales actuales
• Proporciona cierto grado de seguridad contra
  resultados anormales en el experimento, debido a
  accidentes no previstos.
• Proporciona las medias para estimar la varianza
  del error experimental. Aun cuando la
  experimentación previa proporcione estimaciones
  de la varianza, la estimación a partir del
  experimento en curso puede ser más exacta porque
  refleja el comportamiento actual de las
  observaciones
• Proporciona la posibilidad de aumentar la
  precisión en la estimación de las medias de los
  tratamientos. Al incrementar las réplicas, r
  disminuye s 2/ys2/r, lo que aumenta la precisión
  de y(barra)

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cuántas réplicas?

• Está determinado por las restricciones prácticas
  que se pueden asignar al problema.
• El número de réplicas necesario está influenciado
  por cuatro factores requeridos para calcular
• La Varianza (s2)
• El tamaño de la diferencia (que tiene un
  significado físico) entre las dos medias (d)
• El nivel de significancia de la prueba (a), o la
  probabilidad del error tipo I
• La potencia de la prueba 1 ß, o la probabilidad
  de detectar d, donde ß es la probabilidad del
  error tipo II

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cómo se estima?

• r gt 2 z a/2 zß2 (s/d)2

• Donde za/2 es una variable normal estandar
  excedida con probabilidad a/2 y zß está excedida
  con probabilidad ß. Es posible estimar el número
  de réplicas si se conoce el coeficiente
  porcentual de variación CV.

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Aleatorizar, como dispositivo para tener
inferencias válidas
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Recuerde

• La réplica (r) de un experimento proporciona
  datos para estimar la varianza del error
  experimental.
• La bloquización (b) proporciona un medio para
  reducir el error experimental
• Pero (r) y (b) por si solos no garantizan
  estimaciones válidas de la varianza del error
  experimental o de las comparaciones de
  tratamientos.

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Razonamiento para la aleatorización