試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析SAS實踐教程

大多數(shù)科研活動是通過試驗研究來定量探明問題中的因子效應(yīng)、因果關(guān)系或相關(guān)關(guān)系的，一般涉及試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析兩個基本過程。手工處理數(shù)據(jù)已難于完成設(shè)想的任務(wù)，尤其是多變量大規(guī)模樣本的海量數(shù)據(jù)處理。鑒于SAS軟件在數(shù)據(jù)處理方面的突出優(yōu)勢，借助SAS進行試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析是非常必要的。

SAS(Statistical Analysis System)是一款非常優(yōu)秀的統(tǒng)計軟件，由美國SAS軟件研究所(SAS Institute)研制和發(fā)布。SAS具有強大完備的數(shù)據(jù)存取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能，能有效解決試驗設(shè)計、統(tǒng)計分析、規(guī)劃決策、質(zhì)量控制、經(jīng)濟計量、金融財務(wù)等方面的數(shù)據(jù)處理問題，廣泛應(yīng)用于大學(xué)教育、科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、企業(yè)生產(chǎn)、行政管理、經(jīng)濟管理等領(lǐng)域。目前，SAS被公認為數(shù)據(jù)處理方面的標準軟件，它與SPSS、BMDP并稱為國際上最有影響的三大統(tǒng)計軟件。

SAS采用多窗口集成操作環(huán)境，每個窗口均配置標題欄、菜單欄、工具條和注釋欄，根據(jù)需要還配置列表框、滾動條、選項框等控件，布局美觀易用。用SAS進行數(shù)據(jù)處理時，既可采用菜單驅(qū)動方式，又可采用程序驅(qū)動方式。采用菜單驅(qū)動方式處理數(shù)據(jù)操作雖較為簡單，容易使用戶掌握SAS的用法，但操作過程需要較多的選項步驟，在統(tǒng)計原理不太清楚時仍難免造成數(shù)據(jù)分析錯誤。另外，菜單驅(qū)動方式處理數(shù)據(jù)未包含SAS的許多統(tǒng)計方法，因而其應(yīng)用有一定的局限性。相比之下，采用程序驅(qū)動方式處理數(shù)據(jù)的方法具有較強的建模能力和適應(yīng)性，能靈活用于復(fù)雜多樣背景下的試驗數(shù)據(jù)處理，對于解決各種實際問題更加有效。再者，SAS程序僅有數(shù)據(jù)步(DATA STEP)和過程步(PROC STEP)兩種類型，兩種程序的格式結(jié)構(gòu)基本相同且用法較簡單，幾個語句就能實現(xiàn)豐富的統(tǒng)計功能，而且程序驅(qū)動方式處理數(shù)據(jù)囊括了SAS的全部統(tǒng)計方法。

本書是為“試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”課程教材配套的上機練習(xí)指導(dǎo)書。全書共分12個單元，每個單元又按問題類型劃分出若干節(jié)。每個單元的練習(xí)對象均以實例展開，以問題、試驗、數(shù)據(jù)、程序、結(jié)果、分析的基本架構(gòu)由淺入深陳述，對于較難的問題還介紹了數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計方法。掌握這些內(nèi)容后，讀者還可以通過舉一反三實現(xiàn)更為復(fù)雜的統(tǒng)計分析。

本書前8個單元為SAS應(yīng)用的基礎(chǔ)性練習(xí)。第1單元為SAS基本操作，主要使讀者熟悉SAS軟件和它的基本操作，進而為后續(xù)單元的試驗設(shè)計和統(tǒng)計分析做好準備；第2單元為SAS試驗設(shè)計，主要使讀者掌握試驗的主要設(shè)計方法，并為后續(xù)單元的試驗分析做好準備；第3單元為SAS數(shù)據(jù)整理，主要使讀者掌握試驗數(shù)據(jù)的格式整理和數(shù)據(jù)表管理，并為后續(xù)單元中試驗分析的SAS編程做好準備；第4單元為SAS統(tǒng)計繪圖，主要使讀者掌握SAS統(tǒng)計數(shù)據(jù)的展現(xiàn)方法；第5單元為SAS統(tǒng)計推斷，主要使讀者掌握參數(shù)估計及假設(shè)檢驗的概念和方法；第6單元為單因子試驗統(tǒng)計分析，主要使讀者掌握單因子試驗的因果分析方法；第7單元為多因子試驗統(tǒng)計分析，主要使讀者掌握多因子試驗的因果分析方法；第8單元為回歸試驗統(tǒng)計分析，主要使讀者掌握變量間相關(guān)關(guān)系的分析方法；后4個單元為SAS應(yīng)用的高級統(tǒng)計實踐。第9單元為主分量分析，主要使讀者掌握變量集的化簡技術(shù)和問題的綜合評價技術(shù)；第10單元為因子分析，主要使讀者掌握問題的潛在因子分析技術(shù)；第11單元為聚類分析，主要使讀者掌握研究對象的數(shù)值分類技術(shù)；第12單元為判別分析，主要使讀者掌握研究對象的判別分類技術(shù)。

本書自2000年起先后在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院“生物統(tǒng)計學(xué)”(后改名為“試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”)、工學(xué)院“試驗設(shè)計與多元分析”的實驗課上使用，課程對象既有本科生又有研究生。本書歷經(jīng)10余屆的教學(xué)應(yīng)用和多次大的修改、增刪和調(diào)整，從最初的僅服務(wù)于課程教學(xué)到現(xiàn)在的教學(xué)與科研兼顧，其凝聚了很多學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和編著者的教學(xué)科研體會。

本書具有由淺入深、系統(tǒng)性強、層次分明、實例豐富、適合自學(xué)、易學(xué)易懂、不需較強計算機基礎(chǔ)等特點，旨在使讀者通過“模仿"para" label-module="para">

限于編著者水平，教材中一定存在不妥之處，懇切希望廣大讀者批評指正。

第1單元 SAS基本操作 1

1.1 SAS操作界面 1

1.2 SAS窗口操作 3

1.3 SAS菜單操作 7

1.4 SAS按鈕操作 9

1.5 SAS數(shù)據(jù)庫操作 9

1.5.1 定制Explorer顯示格式 9

1.5.2 定制Explorer排列格式 10

1.5.3 創(chuàng)建SAS數(shù)據(jù)庫 10

1.5.4 查找SAS數(shù)據(jù)庫 11

1.5.5 查看SAS數(shù)據(jù)文件的屬性 12

1.6 SAS文件操作 12

1.6.1 復(fù)制SAS數(shù)據(jù)文件 13

1.6.2 重命名SAS數(shù)據(jù)文件 13

1.6.3 打開SAS數(shù)據(jù)文件 14

1.6.4 刪除SAS數(shù)據(jù)文件 14

1.7 管理磁盤文件 15

1.8 SAS編程基礎(chǔ) 15

1.8.1 SAS程序的格式結(jié)構(gòu) 16

1.8.2 SAS程序示例 16

1.9 SAS幫助操作 17

上機報告的寫作要求 18

第2單元 SAS試驗設(shè)計 19

2.1 術(shù)語和符號 19

2.2 隨機抽樣的設(shè)計 20

2.2.1 單變量隨機抽樣設(shè)計 20

2.2.2 配對變量隨機抽樣設(shè)計 21

2.2.3 兩獨立變量隨機抽樣設(shè)計 22

2.3 單因子試驗設(shè)計 23

2.3.1 完全順序設(shè)計 23

2.3.2 區(qū)組順序設(shè)計 24

2.3.3 完全隨機設(shè)計 25

2.3.4 完全隨機區(qū)組設(shè)計 25

2.3.5 拉丁方設(shè)計 26

2.4 試驗處理的析因設(shè)計 27

2.4.1 完全析因設(shè)計 27

2.4.2 區(qū)組析因設(shè)計 30

2.4.3 部分析因設(shè)計 32

2.4.4 最小部分析因設(shè)計 34

2.5 多因子試驗設(shè)計 37

2.5.1 完全順序設(shè)計 37

2.5.2 完全隨機設(shè)計 38

2.5.3 不完全隨機設(shè)計 39

2.5.4 完全隨機區(qū)組設(shè)計 40

2.5.5 不完全隨機區(qū)組設(shè)計 41

2.5.6 裂區(qū)設(shè)計 42

2.5.7 巢式設(shè)計 43

2.6 回歸試驗設(shè)計 44

2.6.1 一元回歸設(shè)計 45

2.6.2 多元回歸設(shè)計 45

2.7 響應(yīng)面設(shè)計 47

2.7.1 問題和模型 48

2.7.2 中心組合正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計 48

2.7.3 中心組合精度均衡設(shè)計 54

2.7.4 小試驗量的中心組合設(shè)計 55

2.7.5 Box-Behnken設(shè)計 56

2.8 最優(yōu)試驗設(shè)計 56

2.8.1 最優(yōu)區(qū)組析因設(shè)計 57

2.8.2 最優(yōu)平衡不完全區(qū)組設(shè)計 58

2.8.3 最優(yōu)不完全區(qū)組設(shè)計 60

2.8.4 最優(yōu)部分析因設(shè)計 61

上機報告 62

第3單元 SAS數(shù)據(jù)整理 63

3.1 數(shù)據(jù)表的格式要求 63

3.2 用Excel整理試驗數(shù)據(jù) 64

3.2.1 創(chuàng)建Excel數(shù)據(jù)表 64

3.2.2 將Excel數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換成SAS數(shù)據(jù)表 65

3.3 用SAS整理試驗數(shù)據(jù) 67

3.4 創(chuàng)建各種形式的SAS數(shù)據(jù)表 69

3.4.1 字符型SAS數(shù)據(jù)表 69

3.4.2 數(shù)值型SAS數(shù)據(jù)表 69

3.4.3 混合型SAS數(shù)據(jù)表 70

3.4.4 含頻數(shù)和權(quán)值的SAS數(shù)據(jù)表 71

3.4.5 單變量SAS數(shù)據(jù)表 71

3.4.6 單向分組SAS數(shù)據(jù)表 72

3.4.7 兩向分組SAS數(shù)據(jù)表 72

3.4.8 n向分組SAS數(shù)據(jù)表 72

3.4.9 二值SAS數(shù)據(jù)表 74

3.4.10 協(xié)差陣和相關(guān)陣SAS數(shù)據(jù)表 75

3.5 SAS數(shù)據(jù)表的管理 77

3.5.1 復(fù)制數(shù)據(jù)表 77

3.5.2 添加觀測 78

3.5.3 修改觀測 78

3.5.4 刪除觀測 79

3.5.5 更新觀測 80

3.5.6 合并數(shù)據(jù)表 80

3.5.7 抽取子表 81

3.5.8 行對應(yīng)合并數(shù)據(jù)表 82

3.5.9 匹配合并數(shù)據(jù)表 83

3.5.10 改變量名 83

3.5.11 刪除變量 84

3.5.12 保留變量 85

3.6 SAS數(shù)據(jù)表的觀測排序 85

3.7 SAS數(shù)據(jù)變換 86

3.8 SAS數(shù)據(jù)概括 87

上機報告 89

第4單元 SAS統(tǒng)計繪圖 90

4.1 用SAS繪制散點圖 90

4.1.1 單變量散點圖 91

4.1.2 兩變量散點圖 91

4.1.3 多變量散點圖 92

4.2 用SAS繪制折線圖 93

4.2.1 單變量折線圖 93

4.2.2 變量相關(guān)折線圖 94

4.2.3 多變量折線圖 95

4.3 用SAS繪制盒須圖 95

4.4 用SAS繪制曲線圖 98

4.4.1 擬合曲線圖 98

4.4.2 函數(shù)的圖形 100

4.5 用SAS繪制餅圖 101

4.6 用SAS繪制柱形圖 102

4.6.1 離散變量的頻數(shù)分布圖 103

4.6.2 離散變量的累積頻數(shù)分布圖 104

4.6.3 離散變量的百分率分布圖 105

4.6.4 離散變量的累積百分率分布圖 105

4.7 用SAS繪制直方圖 106

4.7.1 連續(xù)變量的頻數(shù)分布圖 108

4.7.2 連續(xù)變量的累積頻數(shù)分布圖 109

4.7.3 連續(xù)變量的百分率分布圖 110

4.7.4 連續(xù)變量的累積百分率分布圖 111

4.8 用SAS繪制誤差圖 112

4.9 用SAS繪制三維網(wǎng)格圖 114

4.10 用SAS繪制等值線圖 115

上機報告 116

第5單元 SAS統(tǒng)計推斷 117

5.1 SAS概率計算 117

5.1.1 貝努利分布 118

5.1.2 Poisson分布 119

5.1.3 正態(tài)分布 120

5.1.4 t分布 121

5.1.5 χ2分布 122

5.1.6 F分布 123

5.1.7 均勻分布隨機數(shù) 124

5.1.8 離散分布隨機數(shù) 125

5.2 單變量樣本統(tǒng)計推斷 125

5.2.1 0-1分布比率Z檢驗 126

5.2.2 離散變量的頻數(shù)分布及檢驗 129

5.2.3 連續(xù)變量的頻數(shù)分布及檢驗 134

5.2.4 基于觀測的參數(shù)估計 138

5.2.5 基于頻數(shù)的參數(shù)估計 139

5.2.6 連續(xù)變量均值和方差的假設(shè)檢驗 141

5.3 配對樣本均值差t檢驗 142

5.4 兩獨立樣本均值差t檢驗 144

5.5 多變量樣本相關(guān)系數(shù)檢驗 145

上機報告 146

第6單元 單因子試驗統(tǒng)計分析 148

6.1 單因子試驗數(shù)據(jù)處理方法 148

6.2 平衡隨機設(shè)計的試驗分析 148

6.2.1 無協(xié)變量平衡隨機設(shè)計的試驗分析 148

6.2.2 含協(xié)變量平衡隨機設(shè)計的試驗分析 150

6.3 不平衡隨機設(shè)計的試驗分析 154

6.4 完全隨機區(qū)組設(shè)計的試驗分析 156

6.5 最優(yōu)不完全隨機區(qū)組設(shè)計的"para" label-module="para">

6.6 拉丁方設(shè)計的試驗分析 160

上機報告 162

第7單元 多因子試驗統(tǒng)計分析 163

7.1 多因子試驗數(shù)據(jù)處理方法 163

7.2 列聯(lián)表分析 163

7.3 隨機設(shè)計的試驗分析 166

7.3.1 平衡完全隨機設(shè)計的試驗分析 166

7.3.2 含協(xié)變量平衡完全隨機設(shè)計的試驗分析 167

7.3.3 最優(yōu)完全隨機設(shè)計的試驗分析 170

7.3.4 最優(yōu)平衡不完全隨機設(shè)計的試驗分析 172

7.4 隨機區(qū)組設(shè)計的試驗分析 175

7.4.1 單響應(yīng)完全隨機區(qū)組設(shè)計的試驗分析 175

7.4.2 多響應(yīng)完全隨機區(qū)組設(shè)計的試驗分析 177

7.4.3 最優(yōu)不完全隨機區(qū)組設(shè)計的試驗分析 185

7.5 裂區(qū)設(shè)計的試驗分析 187

7.6 巢式設(shè)計的試驗分析 191

上機報告 194

第8單元 回歸試驗統(tǒng)計分析 195

8.1 導(dǎo)言 195

8.2 一元回歸 195

8.2.1 一元線性回歸 196

8.2.2 一元多項式回歸 197

8.2.3 可線性化非線性回歸 198

8.2.4 本質(zhì)非線性回歸 199

8.3 隨機型自變量多元線性回歸 201

8.3.1 回歸診斷 201

8.3.2 全自變量多元線性回歸 204

8.3.3 通徑分析 206

8.3.4 篩選變量法多元線性回歸 207

8.3.5 嶺脊法多元線性回歸 208

8.3.6 主分量法多元線性回歸 209

8.3.7 典型相關(guān)分析 212

8.3.8 偏最小二乘多元線性回歸 216

8.4 隨機型自變量多元非線性回歸 218

8.4.1 可線性化回歸 218

8.4.2 多元二次多項式回歸 220

8.4.3 本質(zhì)非線性回歸 221

8.5 確定型自變量多元線性回歸 224

8.6 響應(yīng)面設(shè)計的試驗分析 227

8.6.1 因子水平編碼和試驗數(shù)據(jù)整理 227

8.6.2 響應(yīng)面回歸分析 229

8.6.3 響應(yīng)面嶺脊分析 231

8.6.4 響應(yīng)面圖形分析 233

8.7 確定型自變量多元非線性回歸 236

上機報告 239

第9單元 主分量分析 241

9.1 導(dǎo)言 241

9.2 協(xié)差陣法主分量分析 242

9.3 相關(guān)陣法主分量分析 245

9.4 采用Solutions菜單操作進行"para" label-module="para">

上機報告 253

第10單元 因子分析 254

10.1 導(dǎo)言 254

10.2 主分量法因子分析 255

10.3 主因子法因子分析 264

10.4 最大似然法因子分析 269

10.5 最小二乘法因子分析 273

上機報告 275

第11單元 聚類分析 277

11.1 導(dǎo)言 277

11.2 坐標型觀測聚類分析 277

11.3 頻數(shù)型觀測聚類分析 281

11.4 二值型觀測聚類分析 284

上機報告 287

第12單元 判別分析 288

12.1 導(dǎo)言 288

12.2 Bayes判別分析 289

12.3 歐氏距離判別分析 293

12.4 Fisher判別分析 295

12.5 逐步Bayes判別分析 298

12.6 逐步歐氏距離判別分析 300

上機報告 303

參考文獻 304 2100433B

本書是為“試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”課程配套的SAS上機操作類教程。全書包括12個單元。前8個單元為SAS應(yīng)用的基礎(chǔ)性練習(xí)，包括SAS基本操作、SAS試驗設(shè)計、SAS數(shù)據(jù)整理、SAS統(tǒng)計繪圖、SAS統(tǒng)計推斷、單因子試驗統(tǒng)計分析、多因子試驗統(tǒng)計分析、回歸試驗統(tǒng)計分析8個專題，讀者可按需要選取部分內(nèi)容用作上機練習(xí)，培養(yǎng)利用SAS軟件解決試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理問題的基本技能。后4個單元為SAS軟件的高級統(tǒng)計實踐，包括主分量分析、因子分析、聚類分析、判別分析4個專題，讀者通過這4個單元的學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)利用SAS軟件解決多變量數(shù)據(jù)分析問題的基本技能。

本書主要面向農(nóng)業(yè)院校園藝、農(nóng)學(xué)、林科、動科、工科、生物科學(xué)等專業(yè)的本科生和研究生，所提供的試驗統(tǒng)計方法亦適合其它高等院校“試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”類課程的需要，也可為科研人員和生產(chǎn)技術(shù)人員在試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方面提供幫助。

《試驗優(yōu)化設(shè)計與統(tǒng)計分析》全書共分10章，包括試驗資料的統(tǒng)計描述、理論分布與抽樣分布、統(tǒng)計假設(shè)檢驗與參數(shù)估計、方差分析、回歸與相關(guān)、試驗設(shè)計基礎(chǔ)、正交試驗設(shè)計、均勻試驗設(shè)計、回歸試驗設(shè)計、Excel在統(tǒng)計分析中的應(yīng)用等內(nèi)容。在系統(tǒng)介紹常用試驗設(shè)計及其統(tǒng)計分析方法的同時，還重點介紹了試驗優(yōu)化設(shè)計方法在工業(yè)生產(chǎn)與工程技術(shù)中的實際應(yīng)用，并列舉了大量實例，做到理論聯(lián)系實際，便于理解和自學(xué)。深入淺出，通俗易懂，可讀性強。

《試驗優(yōu)化設(shè)計與統(tǒng)計分析》可作為輕工院校、農(nóng)業(yè)院校、商學(xué)院、水產(chǎn)學(xué)院、糧食學(xué)院等高等院校的食品科學(xué)、食品工程、發(fā)酵工程、生物工程、食品質(zhì)量與安全以及化工等專業(yè)教學(xué)用書，也可用作相關(guān)專業(yè)的成人教育教材，可供科研人員、工程技術(shù)人員、管理人員和試驗工作者在學(xué)習(xí)和查閱時參考。試驗優(yōu)化設(shè)計是以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，對試驗進行優(yōu)化設(shè)計與統(tǒng)計分析的科學(xué)方法，是科技工作者必備的基本技能。