Data Analysis Using R: 4. Design of experiments

1
Data Analysis Using R4. Design of experiments

• Tuan V. Nguyen
• Garvan Institute of Medical Research,
• Sydney, Australia

2
Overview

• Terminology
• Principles of experimental design
• Single-factor design
• Two-factor design
• Randomization

3
Terminology

• Ðon v? nghiên c?u (experimental unit)
• Ð?i tu?ng nghiên c?u
• Y?u t? can thi?p (factors)
• M?c d? can thi?p (treatment levels)
• Nhóm (block)
• Tiêu chí (response variable)

4
M?t ví d? v? thí nghi?m c?m quan

• 30 khách hàng nam và n?, tu?i 20-50
• Th? 3 lo?i cà phê A, B, C
• Nhóm I, II, III
• Nhóm I 10 ngu?i th? A và B
• Nhóm II 10 ngu?i th? B và C
• Nhóm III 10 ngu?i th? A và C
• V? d?ng du?c do b?ng likert scale

• Ðon v? nghiên c?u
• Y?u t? can thi?p
• Nhóm
• Tiêu chí

5
Ba nguyên t?c c?a m?t thí nghi?m

• Ng?u nhiên hóa (randomization)
• Ð?m b?o tính h?p lí c?a nghiên c?u và phân tích
  th?ng kê, quân bình hóa các y?u t? can thi?p
• L?p l?i nhi?u l?n (replication)
• Ð?m b?o khoa h?c tính
• Phân nhóm (blocking)
• Gi?m d? dao d?ng trong t?ng nhóm

6
Nh?ng y?u t? c?n quan tâm

• Hi?u ?ng placebo
• 35 các thu?c có hi?u qu? là do hi?u ?ng placebo
• Hi?u ?ng Hawthorne
• Quen thu?c v?i s?n ph?m
• B?o m?t
• Gi? kín danh tính tình nguy?n viên
• Khách quan trong dánh giá (blinding)

7
Nguyên lí thí nghi?m m?t ví d?

• Nghiên c?u
• Sinh t? C cho di?u tr? c?m cúm
• 50 d?i tu?ng tình nguy?n
• Nên thi?t k? nhu th? nào ?
• Phuong án 1.
• Cho 50 ngu?i u?ng sinh t? C trong vòng 6 tháng
• Ghi nh?n s? l?n c?m cúm.
• K?t qu? t?n s? c?m cúm trung bình là 1.4 l?n /
  d?i tu?ng.
• Phuong án 2.
• Chia 50 ngu?i thành 2 nhóm nam và n?.
• C? hai nhóm du?c di?u tr? b?ng sinh t? C trong
  vòng 6 tháng.
• T?n s? c?m cúm trung bình trong nhóm nam là 1.4
  l?n / d?i tu?ng, còn nhóm n? t?n s? này là 1.9
  l?n / d?i tu?ng.

8
Nguyên lí thí nghi?m m?t ví d?

• Phuong án 3.
• Ng?u nhiên chia thành 2 nhóm và di?u tr?i 6
  tháng
• 25 ngu?i nhóm sinh t? C
• 25 ngu?i nhóm placebo
• K?t qu? t?n s? c?m cúm trung bình trong nhóm 1
  là 1.4 l?n / d?i tu?ng, còn nhóm placebo là 1.9
  l?n / d?i tu?ng .

9
Nguyên lí thí nghi?m m?t ví d?

• Phuong án 4.
• S?n xu?t 50 h?p thu?c sinh t? C, và 50 h?p gi?
  du?c sinh t? C.
• Ng?u nhiên chia thành 2 nhóm 50 ngu?i thành 2
  nhóm
• 25 ngu?i nhóm sinh t? C
• 25 ngu?i nhóm placebo.
• T?n s? c?m cúm trung bình trong nhóm 1 là 1.4 l?n
  / d?i tu?ng, còn nhóm d?i ch?ng là 1.4 l?n / d?i
  tu?ng

10
Thí nghi?m v?i m?t y?u t? (single-factor
designs)

• Nghiên c?u ?nh hu?ng c?a phân bón d?n s? tang
  tru?ng c?a lúa.
• Ba li?u lu?ng urê du?c s? d?ng (th?p, trung bình,
  và cao).
• Ch?n 6 d?a di?m (A, B, C, D, E, và F)
• M?i d?a di?m có 3 m?nh d?t d? thí nghi?m (1, 2,
  3).

11
Completely randomized design
Ð?a di?m M?nh d?t 1 M?nh d?t 2 M?nh d?t 3
A Low High Low
B Medium Medium High
C High Medium Low
D Medium Low High
E Medium Low Medium
F Low High High
12
Randomized block design
Ð?a di?m M?nh d?t 1 M?nh d?t 2 M?nh d?t 3
A Low High Medium
B Medium Low High
C High Medium Low
D Medium Low High
E High Low Medium
F Low High Medium
13
Incomplete block design
Ð?a di?m M?nh d?t 1 M?nh d?t 2
A Low High
B Medium Low
C High Medium
D Medium Low
E High Low
F Low High
14
Two-factor designs CRD
?nh hu?ng c?a nhi?t d? (th?p và cao), v?t li?u (A
và B), và phuong pháp s?n xu?t (co khí và hóa
ch?t) d?n d? m?nh c?a gi?y.
Nhóm can thi?p Nhi?t d? V?t li?u Phuong pháp
1 Th?p A Co khí
2 Cao A Co khí
3 Th?p B Co khí
4 Th?p A Hóa ch?t
15
Two-factor designs Factorial design
?nh hu?ng c?a nhi?t d? (th?p và cao), v?t li?u (A
và B), và phuong pháp s?n xu?t (co khí và hóa
ch?t) d?n d? m?nh c?a gi?y.
Nhóm can thi?p Nhi?t d? V?t li?u Phuong pháp
1 Th?p A Co khí
2 Cao A Co khí
3 Th?p B Co khí
4 Th?p B Co khí
5 Th?p A Hóa ch?t
6 Cao A Hóa ch?t
7 Th?p B Hóa ch?t
8 Th?p B Hóa ch?t
16
Latin square design
So sánh hi?u su?t c?a (do b?ng cây s? - km - trên
m?i lít) 4 lo?i d?u (A, B, C và D). Công ti có
du?c 4 tài x? và 4 lo?i xe.
Tài x? Lo?i xe Lo?i xe Lo?i xe Lo?i xe
Tài x? Ford Toyota Honda Nissan
1 D B C A
2 B C A D
3 C A D B
4 A D B C
17
Phuong pháp ng?u nhiên hóa
T1 T2 T3
n3 n2 n3

• Tru?c h?t, chúng ta l?p danh sách 8 d?i tu?ng
• T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3
• Dùng hàm sample d? ch?n ng?u nhiên (sample(18)
  có ch?c nang t?o ra m?t dãy s? ng?u nhiên t? 1
  d?n 8)
• gt sample(18)
• 1 7 2 5 4 1 8 6 3
• Nh?p hai dãy s? v?i nhau, chúng ta có
• T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3
• 7 2 5 4 1 8 6 3