Data Analysis Using R: 4. Design of experiments Tuan V. Nguyen Garvan Institute of Medical Research, Sydney, Australia

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

Terminology Đơn vị nghiên cứu (experimental unit) Đối tượng nghiên cứu Yếu tố can thiệp (factors) Mức độ can thiệp (treatment levels) Nhóm (block) Tiêu chí (response variable)

Một ví dụ về thí nghiệm cảm quan 30 khách hàng: nam và nữ, tuổi 20-50 Thử 3 loại cà phê: A, B, C Nhóm I, II, III Nhóm I: 10 người thử A và B Nhóm II: 10 người thử B và C Nhóm III: 10 người thử A và C Vị đắng được đo bằng likert scale Đơn vị nghiên cứu: Yếu tố can thiệp: Nhóm: Tiêu chí:

Ba nguyên tắc của một thí nghiệm Ngẫu nhiên hóa (randomization) Đảm bảo tính hợp lí của nghiên cứu và phân tích thống kê, quân bình hóa các yếu tố can thiệp Lặp lại nhiều lần (replication) Đảm bảo khoa học tính Phân nhóm (blocking) Giảm độ dao động trong từng nhóm

Những yếu tố cần quan tâm Hiệu ứng placebo 35% các thuốc có hiệu quả là do hiệu ứng placebo Hiệu ứng Hawthorne Quen thuộc với sản phẩm Bảo mật Giữ kín danh tính tình nguyện viên Khách quan trong đánh giá (blinding)

Nguyên lí thí nghiệm: một ví dụ Nghiên cứu: Sinh tố C cho điều trị cảm cúm 50 đối tượng tình nguyện Nên thiết kế như thế nào ? Phương án 1. Cho 50 người uống sinh tố C trong vòng 6 tháng Ghi nhận số lần cảm cúm. Kết quả: tần số cảm cúm trung bình là 1.4 lần / đối tượng. Phương án 2. Chia 50 người thành 2 nhóm nam và nữ. Cả hai nhóm được điều trị bằng sinh tố C trong vòng 6 tháng. Tần số cảm cúm trung bình trong nhóm nam là 1.4 lần / đối tượng, còn nhóm nữ tần số này là 1.9 lần / đối tượng.

Nguyên lí thí nghiệm: một ví dụ Phương án 3. Ngẫu nhiên chia thành 2 nhóm và điều trịi 6 tháng: 25 người nhóm sinh tố C 25 người nhóm placebo Kết quả: tần số cảm cúm trung bình trong nhóm 1 là 1.4 lần / đối tượng, còn nhóm placebo là 1.9 lần / đối tượng . 50 người Nhóm 1 Nhóm 2 Sinh tố C Giả dược

Nguyên lí thí nghiệm: một ví dụ Phương án 4. Sản xuất 50 hộp thuốc sinh tố C, và 50 hộp giả dược sinh tố C. Ngẫu nhiên chia thành 2 nhóm 50 người thành 2 nhóm 25 người nhóm sinh tố C 25 người nhóm placebo. Tần số cảm cúm trung bình trong nhóm 1 là 1.4 lần / đối tượng, còn nhóm đối chứng là 1.4 lần / đối tượng 50 người Nam Nữ Sinh tố C Giả dýợc So sánh tần số cảm cúm

Thí nghiệm với một yếu tố (single-factor designs) Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến sự tăng trưởng của lúa. Ba liều lượng urê được sử dụng (thấp, trung bình, và cao). Chọn 6 địa điểm (A, B, C, D, E, và F) Mỗi địa điểm có 3 mảnh đất để thí nghiệm (1, 2, 3).

Completely randomized design Địa điểm Mảnh đất 1 Mảnh đất 2 Mảnh đất 3 A Low High B Medium C D E F

Randomized block design Địa điểm Mảnh đất 1 Mảnh đất 2 Mảnh đất 3 A Low High Medium B C D E F

Incomplete block design Địa điểm Mảnh đất 1 Mảnh đất 2 A Low High B Medium C D E F

Two-factor designs: CRD Ảnh hưởng của nhiệt độ (thấp và cao), vật liệu (A và B), và phương pháp sản xuất (cơ khí và hóa chất) đến độ mạnh của giấy. Nhóm can thiệp Nhiệt độ Vật liệu Phương pháp 1 Thấp A Cơ khí 2 Cao 3 B 4 Hóa chất

Two-factor designs: Factorial design Ảnh hưởng của nhiệt độ (thấp và cao), vật liệu (A và B), và phương pháp sản xuất (cơ khí và hóa chất) đến độ mạnh của giấy. Nhóm can thiệp Nhiệt độ Vật liệu Phương pháp 1 Thấp A Cơ khí 2 Cao 3 B 4 5 Hóa chất 6 7 8

Latin square design So sánh hiệu suất của (đo bằng cây số - km - trên mỗi lít) 4 loại dầu (A, B, C và D). Công ti có được 4 tài xế và 4 loại xe. Tài xế Loại xe Ford Toyota Honda Nissan 1 D B C A 2 3 4

Phương pháp ngẫu nhiên hóa T1 T2 T3 n=3 n=2 Trước hết, chúng ta lập danh sách 8 đối tượng: T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3 Dùng hàm sample để chọn ngẫu nhiên (sample(1:8) có chức năng tạo ra một dãy số ngẫu nhiên từ 1 đến 8): > sample(1:8) [1] 7 2 5 4 1 8 6 3 Nhập hai dãy số với nhau, chúng ta có: 7 2 5 4 1 8 6 3