1. Data Analysis Using R: 4. 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 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)

4. 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:

5. 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

6. 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)

7. 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.

8. 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

9. 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

10. 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).

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

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

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

14. 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

15. 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

16. 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

17. Phương pháp ngẫu nhiên hóaT1 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]
Nhập hai dãy số với nhau, chúng ta có: