生命科学与技术学院生物技术系 生物统计学 实验指导 马纪，刘小宁 2013.5
生命科学与技术学院生物技术系 生物统计学 -实验指导 马纪，刘小宁 2013.5
一、课程的性质与任务 生物统计学是一门运用统计学的原理和方法，研究生物学数据资料的一般统 计学。统计方法是现代生物学研究不可缺少的工具。正确的统计分析能够帮助我 们正确认识事物客观存在的规律性 二、教学重点和难点 本课程教学的全过程可以看成是一个生物信息搜集、处理、分析，从而提炼 新的生物信息的过程。教学重点是通过生物现象的数量观察、对比、归纳和分析 揭示那些困惑费解的生物学问题，从偶然性的剖析中，发现事物的必然性，指导 生物科学的理论和实践。本课程的难点是概念较多、理论抽象、系统严密、实践 性强、公式复杂、符号繁多、计算量大，因此，教学安排上除精讲42学时外， 有针对性的安排上机操作6学时。 三、实验考核方式与方法 考试与实验、作业相结合，其中考试占总成绩的70%，考勤、实验报告和作 业完成情况占30%。 四、实验项目具体内容 实验一试验数据的整理与特征数的计算(2学时) 1、基本要求及实验内容： 了解资料搜集整理的意义，更好地掌握次数分布表、图的制作方法、各种特 征数的计算方法。熟练掌握利用EXCEL进行数据整理、图表制作及特征数的计 算 2、需用的设备和软件： 电子计算机、EXCEL2003版 3、实验内容 3.1 Excel中的数据整理工具 >数据排序
一、课程的性质与任务 生物统计学是一门运用统计学的原理和方法，研究生物学数据资料的一般统 计学。统计方法是现代生物学研究不可缺少的工具。正确的统计分析能够帮助我 们正确认识事物客观存在的规律性。 二、教学重点和难点 本课程教学的全过程可以看成是一个生物信息搜集、处理、分析，从而提炼 新的生物信息的过程。教学重点是通过生物现象的数量观察、对比、归纳和分析， 揭示那些困惑费解的生物学问题，从偶然性的剖析中，发现事物的必然性，指导 生物科学的理论和实践。本课程的难点是概念较多、理论抽象、系统严密、实践 性强、公式复杂、符号繁多、计算量大，因此，教学安排上除精讲 42 学时外， 有针对性的安排上机操作 6 学时。 三、实验考核方式与方法 考试与实验、作业相结合，其中考试占总成绩的 70%，考勤、实验报告和作 业完成情况占 30%。 四、实验项目具体内容 实验一 试验数据的整理与特征数的计算（2 学时） 1、基本要求及实验内容： 了解资料搜集整理的意义，更好地掌握次数分布表、图的制作方法、各种特 征数的计算方法。熟练掌握利用 EXCEL 进行数据整理、图表制作及特征数的计 算 2、需用的设备和软件： 电子计算机、EXCEL 2003 版 3、实验内容 3.1 Excel 中的数据整理工具 ➢ 数据排序
Excl可以根据用户的要求对数据资料的行或列数据进行排序。排序时， Excl将利用指定的排序顺序重新排列行、或列各单元格，从而使现象的规则性 更加简洁地表现出来。 利用“数据”菜单中“排序”命令。 >频数分布函数(FREQUENCY) 频数分布函数是Excl的一个工作表函数，是编制次数分布的主要工具，通 过频数分布函数，可以对数据进行分组与归类，从而使数据的分布形态更加清楚 地表现出来。 利用“函数”菜单中“FREQUENCY”命令。 间隔的数组需用户预先设定：Ctr+Shif+Enter输出结果 >统计图 Excl可以绘制许多图表，其中大部分是统计图，可用于数据的整理与分析， 能够直观形象地描述现象的数量规律性。 利用“图标导向”菜单中“图表类型”。 >直方图分析工具 进入Excel→工具→数据分析→直方图 ↓ 加载宏 (分析工具库 分析数据库 3.2利用Excel进行数据描述 >利用“统计函数”进行数据描述 用于集中性测定的常用函数有： (I)均值函数(AVERAGE) (2)中位数函数(MEDIAN) (3)众数函数(MODE) (4)几何平均数函数(GEOMEAN) 用于离中趋势测定的常用函数有： (I)总体方差函数(VARP
Excel 可以根据用户的要求对数据资料的行或列数据进行排序。排序时， Excel 将利用指定的排序顺序重新排列行、或列各单元格，从而使现象的规则性 更加简洁地表现出来。 利用“数据”菜单中“排序”命令。 ➢ 频数分布函数(FREQUENCY) 频数分布函数是 Excel 的一个工作表函数，是编制次数分布的主要工具，通 过频数分布函数，可以对数据进行分组与归类，从而使数据的分布形态更加清楚 地表现出来。 利用“函数”菜单中“FREQUENCY”命令。 间隔的数组需用户预先设定；Ctrl+Shift+Enter 输出结果 ➢ 统计图 Excel 可以绘制许多图表，其中大部分是统计图，可用于数据的整理与分析， 能够直观形象地描述现象的数量规律性。 利用“图标导向”菜单中“图表类型”。 ➢ 直方图分析工具 3.2 利用 Excel 进行数据描述 ➢ 利用“统计函数”进行数据描述 用于集中性测定的常用函数有： (1) 均值函数（AVERAGE） (2) 中位数函数（MEDIAN） (3) 众数函数（MODE） (4) 几何平均数函数（GEOMEAN） 用于离中趋势测定的常用函数有： (1) 总体方差函数（VARP） 进入Excel 工具 数据分析 直方图 加载宏 分析工具库 分析数据库 进入Excel 工具 数据分析 直方图 加载宏 分析工具库 分析数据库
(2)样本方差函数(VAR) (3)总体标准差函数(STDEVP) (④)样本标准差函数(STDEV) 》利用“统计函数”进行数据描述 Excl描述统计工具计算与数据的集中趋势、离中趋势、偏度等有关的描述 性统计指标。“描述统计”对话框如下图所示。 统 7☒ ☒ 分组方式 蒂助0D 口标志位于第 输出选项 出区 新T作 二汇总统计 4、操作步骤 进入EXCEL工作表→数据排序与分组→频率分布表→图表导向→频率分布 图（条形、饼图、散点） 进入EXCEL工作表→统计函数（集中性函数AVERAGE、MEDIAN、MODE、 GEOMEAN;离散性函数VAR、STDEV) 进入EXCL工作表一分析工具库一加载宏一分析工具库一数据分析一直方 图（或描述统计） 5、教学方式： 教师操作步骤演示：学生实际操作。 6、考核要求： 掌握次数分布表、图的制作、各种特征数计算：EXCEL中的数据整理工具： 利用EXCEL进行数据描述。 7、实验报告要求： 利用EXCEL将实验数据绘制成次数分布表、图，计算出各种特征数：EXCEL 中的数据整理工具进行数据描述。要求计算结果准确
(2) 样本方差函数(VAR) (3) 总体标准差函数（STDEVP） (4) 样本标准差函数(STDEV) ➢ 利用“统计函数”进行数据描述 Excel 描述统计工具计算与数据的集中趋势、离中趋势、偏度等有关的描述 性统计指标。“描述统计”对话框如下图所示。 4、操作步骤 进入 EXCEL 工作表→数据排序与分组→频率分布表→图表导向→频率分布 图（条形、饼图、散点） 进入 EXCEL 工作表→统计函数（集中性函数 AVERAGE、MEDIAN、MODE、 GEOMEAN；离散性函数 VAR、STDEV） 进入 EXCEL 工作表→分析工具库→加载宏→分析工具库→数据分析→直方 图（或描述统计） 5、教学方式： 教师操作步骤演示；学生实际操作。 6、考核要求： 掌握次数分布表、图的制作、各种特征数计算；EXCEL 中的数据整理工具； 利用 EXCEL 进行数据描述。 7、实验报告要求： 利用 EXCEL 将实验数据绘制成次数分布表、图，计算出各种特征数；EXCEL 中的数据整理工具进行数据描述。要求计算结果准确
实验二单因素、二因素实验方差分析(2学时) 1、基本要求及实验内容： 了解方差分析的意义和基本原理，熟悉方差分析的步骤，能够独立地利用 EXCEL中的数据分析工具进行单因素、二因素资料进行方差分析，以及利用 mintab等一些软件进行单因素、二因素方差分析。 2、需用的设备和软件： 电子计算机、SPSS13.0、EXCEL2003版、mintab16 3、方差分析基本原理 多处理试验造成观测值不同的原因为：处理不同引起，即处理效应：和偶然 因素干扰和测量误差，即误差效应。分析测量数据的总变异按变异原因分为处理 效应和误差效应，并作出数量估计。 4、实验内容 4.1利用Excl进行方差分析 进入EXCL工作表一分析工具库一加载宏一分析工具库一数据分析一方差 分析 数据分析 ?☒ 分析工具鱼) 确定 方分：单因 方差析 完全随机单因素 取消 无童效因 随机区组单因素 完全随机二因素 帮助0 样本方差
实验二 单因素、二因素实验方差分析（2 学时） 1、基本要求及实验内容： 了解方差分析的意义和基本原理，熟悉方差分析的步骤，能够独立地利用 EXCEL 中的数据分析工具进行单因素、二因素资料进行方差分析，以及利用 mintab 等一些软件进行单因素、二因素方差分析。 2、需用的设备和软件： 电子计算机、SPSS13.0、EXCEL 2003 版、mintab16 3、方差分析基本原理 多处理试验造成观测值不同的原因为：处理不同引起，即处理效应；和偶然 因素干扰和测量误差，即误差效应。分析测量数据的总变异按变异原因分为处理 效应和误差效应，并作出数量估计。 4、实验内容 4.1 利用 Excel 进行方差分析 进入 EXCEL 工作表→分析工具库→加载宏→分析工具库→数据分析→方差 分析 完全随机单因素 随机区组单因素 完全随机二因素
4.2利用SPSS进行方差分析 SPSS for Windows的启动 1.开始→程序→SPSS for windows→ SPSS 13.0 for windows 回端 回raghe iliciss ind ☒ 回同回回划t@ 1. File 文件操作 2. Edit 文件编辑 3. View 浏览编辑 Data 数据输入与编辑 Transform 数据转换 6. 统计分析 7. Graphs 统计图表 Utilities 实用程序 9 Window 窗口控制 10. Help 帮助
4.2 利用 SPSS 进行方差分析
一、完全随机设计单因素方差分析 Analyze Compare Means One-Way ANOVA.+ 单因素方差分析 Dependent List:株高 Factor:处理代号 Options. 选项 √Descriptive一描述统计 √Homogeneity-of-variance一同质性检验 Post Hoc. 一多重比较 √LsD√Duncan 二、随机区组设计单因素方差分析 Analyze General Linear Model Univariate. Despondent Variable:protein Fixed Factor(s):A Random factor(s):B Model. Custom- 一模型：不考忠交互作用 Model:A/B Sum of squares:Type III Include intercept in model Post Hoc. Post Hoc Tests for:A √LSD Options. √Duncan Estimated Marginal Means Display Means for:A
二、随机区组设计单因素方差分析 完全随机设计单因素方差分析 Duncan 描述统计 同质性检验 描述统计 同质性检验 模型：不考虑交互作用 Duncan Random factor(s factor(s): B
三、完全随机设计二因素方差分析 及笑装瓷器 Analyze General Linear Model ,单因变量多因素方差分析 Univariate. Despondent Variable:yield-因变量 Fixed Factor(s):fertilizer/soil一周定因素变量：处理因素 Model 模型：考忠交互作用 Include intercept in model Options. 选项 Display Descriptive statistics Post Hoc. 多重比松 Post Hoc Tests for:fertilizer/soil Equal Variances Assumed √LSD Duncan 四、随机区组设计二因素方差分析 Analyze General Linear Model Univariate. Despondent Variable: 产量 Fixed Factor(s:A/B Random factor(s)重复 Model. o Custom Model::AWB/重复 Sum of squares:Type III Include intercept in model UNIAANOVA /DESIGN=AB重复AB 两器
三、完全随机设计二因素方差分析 四、随机区组设计二因素方差分析 :考虑交互作用 Duncan 平方和分解方式 GLM Univariate功能很强，可以建立包括各种主效应、交互效应的模型。必 须认真分析因素变量的具体情况，来确定自己的模型，否则会产生不可解释 的输出结果。 固定因素变量：处理因素 因变量 :考虑交互作用 Duncan 平方和分解方式 GLM Univariate功能很强，可以建立包括各种主效应、交互效应的模型。必 须认真分析因素变量的具体情况，来确定自己的模型，否则会产生不可解释 的输出结果。 固定因素变量：处理因素 因变量 :考虑交互作用 Duncan 平方和分解方式 GLM Univariate功能很强，可以建立包括各种主效应、交互效应的模型。必 须认真分析因素变量的具体情况，来确定自己的模型，否则会产生不可解释 的输出结果。 固定因素变量：处理因素 因变量 Duncan Random factor(s): 重复 产量 A/B UNIAANOVA /DESIGN= A B 重复 A*B Paste A/B/重复 Run All 根据统计 Duncan 内容修改 Random factor(s): 重复 产量 A/B UNIAANOVA /DESIGN= A B 重复 A*B Paste A/B/重复 Run All 根据统计 内容修改
5、教学方式： 教师操作步骤演示：学生实际操作。 6、考核要求： 掌握EXCEL和SPSS的数据分析工具：利用数据分析工具进行单因素、二 因素资料的方差分析。 7、实验报告要求： 利用EXCEL和SPSS将实验数据进行方差分析，要求计算结果准确。 [指导与训练方案] 1、将本次实验内容整理成实验报告。 2、练习： 【、在同样饲养管理条件下，三个品种猪的增重如下表，试对三个品种增重差异是否显进行检 品种 增 重xg A 16 12 18 18 13 1115101718 13 11 16 81513 13 15 1210 (MS-=8.57,F=6.42) 2、用三种酸类处理某牧草种子，观察其对牧草幼苗生长的影响（指标：幼苗干重，单位：g)。试验 资料如下： 幼苗干重(mg) 4.23 4.38 99 42 HCI 3.85 3.78 3.91 3.94 3.86 丙酸 3.75 3.65 3.82 3.69 3.73 干稀 3.6 3.67 3.62 3.54 3.71 (1)进行方差分析（不用LSD法、LSR进行多重比较，=33.86”"门） (②)对下列问题通过单一自由度正交比较给以回答： ①酸液处理是否能降低牧草幼苗生长？ (F=86.22"F=13.13",F3=226) 3、为了比较4种饲科(4和猪的3个品种(，从每个品种随机抽取4头猪（共12头）分别喂以4种不同 饲料。随机配置，分栏饲养、位置随机排列。从60日龄起到90日龄的时期内分别测出每头猪的日增重g, 数据如下，试检验饲料及品种间的差异显著性。(F=11.13,F=1321,MS=202.0833), 4种饲料3个品种猪60一90日龄日增重 A, 50 45 520 55 535 B3 515 510 495
5、教学方式： 教师操作步骤演示；学生实际操作。 6、考核要求： 掌握 EXCEL 和 SPSS 的数据分析工具；利用数据分析工具进行单因素、二 因素资料的方差分析。 7、实验报告要求： 利用 EXCEL 和 SPSS 将实验数据进行方差分析，要求计算结果准确。 [指导与训练方案] 1、将本次实验内容整理成实验报告。 2、练习： 1、在同样饲养管理条件下，三个品种猪的增重如下表，试对三个品种增重差异是否显著进行检验。 品种 增 重 xij(kg) A1 16 12 18 18 13 11 15 10 17 18 A2 10 13 11 9 16 14 8 15 13 8 A3 11 8 13 6 7 15 9 12 10 11 (MSe=8.57,F=6.42) 2、用三种酸类处理某牧草种子，观察其对牧草幼苗生长的影响(指标：幼苗干重，单位：mg)。试验 资料如下： 处理 幼苗干重(mg) 对照 4.23 4.38 4.10 3.99 4.25 HCl 3.85 3.78 3.91 3.94 3.86 丙酸 3.75 3.65 3.82 3.69 3.73 丁酸 3.66 3.67 3.62 3.54 3.71 (1)进行方差分析(不用 LSD 法、LSR 进行多重比较，F=33.86**) (2)对下列问题通过单一自由度正交比较给以回答： ①酸液处理是否能降低牧草幼苗生长? ②有机酸的作用是否不同于无机酸? ③两种有机酸的作用是否有差异? (F1=86.22** ,F2=13.13** ,F3=2.26) 3、为了比较 4 种饲料(A)和猪的 3 个品种(B)，从每个品种随机抽取 4 头猪(共 12 头)分别喂以 4 种不同 饲料。随机配置，分栏饲养、位置随机排列。从 60 日龄起到 90 日龄的时期内分别测出每头猪的日增重(g), 数据如下，试检验饲料及品种间的差异显著性。(FA=11.13，FB=13.21，MSe=202.0833)。 4 种饲料 3 个品种猪 60～90 日龄日增重 A1 A2 A3 A4 B1 505 545 590 530 B2 490 515 535 505 B3 445 515 510 495
4、为了从3种不同原科和3种不同温度中选择使酒精产量最高的水平组合，设计了两因素试验，每 水平组合重复4次，结果如下表，试进行方差分折。 用不同原料及不同温度发酵的酒精产量 原 料 温度 BA30℃ B35℃ BH(40 40 3 251112 2611 59 50 38 3 2 18 48 35 53595538474430 332619 (E=12.68”F=24.88”A=2.77S=-67.9) 5、研究酵解作用对血糖浓度的影响，从8名僻康人体中抽取血液并制备成血德液。每个受试者的血 滤液又可分成4份，然后随机地将4份血滤液分别放置0、45、90、135mim测定其血糖浓度，资料如下表。 试检验不同受试者和放置不同时间的血糖浓度有无显著差异。 不同受试者、放置不同时间血滤液的血糖浓度(mgI00m0 放置时间 受试者编号 0 90 135 95 95 89 83 95 94 88 84 3 106 105 07 a0 98 95 88 6 112 112 101 94 105 103 97 88 95 92 90 80 (=78.6F=28.8” 6、下表为3组大白鼠营养试验中测得尿中氨氮的排出量。试检验各组氨氮排出量差异是否显著。（提 示：先作对数转换g,然后进行方差分析)。 组别 尿中氨氮排出(mg6天) A组30273533293332362641333引 B组434553445153543747574842 c组836668656527683n735953 (78.86 7.3头公牛交配6头母牛（各随机交配两头），其女儿第一产305天产奶量资料如下，试作方差分析 并估计方差组分。 公牛所配母牛的女儿产奶量(g) 公牛号S 母牛女儿头 母牛序号D 女儿产奶量C 公牛女儿头 5700 5700 4 2 6900 7200 2 5s00 4900 4
4、为了从 3 种不同原料和 3 种不同温度中选择使酒精产量最高的水平组合，设计了两因素试验，每一 水平组合重复 4 次，结果如下表，试进行方差分析。 用不同原料及不同温度发酵的酒精产量 原 料 温 度 B B1(30℃) B2(35℃) B3(40℃) A1 41 49 23 25 11 12 25 24 6 22 26 11 A2 47 59 50 40 43 38 33 36 8 22 18 14 A3 48 35 53 59 55 38 47 44 30 33 26 19 (FA=12.68** ,FB=24.88** ,FA×B=2.77* ,MSe=67.19) 5、研究酵解作用对血糖浓度的影响，从 8 名健康人体中抽取血液并制备成血滤液。每个受试者的血 滤液又可分成 4 份，然后随机地将 4 份血滤液分别放置 0、45、90、135 min 测定其血糖浓度，资料如下表。 试检验不同受试者和放置不同时间的血糖浓度有无显著差异。 不同受试者、放置不同时间血滤液的血糖浓度(mg/100ml) 受试者编号 放置时间(min) 0 45 90 135 1 95 95 89 83 2 95 94 88 84 3 106 105 97 90 4 98 97 95 90 5 102 98 97 88 6 112 112 101 94 7 105 103 97 88 8 95 92 90 80 (F=78.6 ** ,F=28.8 **) 6、下表为 3 组大白鼠营养试验中测得尿中氨氮的排出量。试检验各组氨氮排出量差异是否显著。(提 示：先作对数转换 lgx，然后进行方差分析)。 组别 尿中氨氮排出量(mg/6 天) A 组 30 27 35 35 29 33 32 36 26 41 33 31 B 组 43 45 53 44 51 53 54 37 47 57 48 42 C 组 83 66 66 86 56 52 76 83 72 73 59 53 (F=78.86**) 7. 3 头公牛交配 6 头母牛(各随机交配两头)，其女儿第一产 305 天产奶量资料如下，试作方差分析， 并估计方差组分。 公牛所配母牛的女儿产奶量(kg) 公牛号 S 母牛序号 D 女儿产奶量 C 母牛女儿头 数 公牛女儿头 数 1 1 5700 5700 2 4 2 6900 7200 2 2 3 5500 4900 2 4