生物统计学-绪论课件.ppt
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1、BIOSTATISTICS授课教师:王孝安授课教师:王孝安Email: 教教 材:材: 生物统计学生物统计学作作 者:者: 陆建身,赖麟陆建身,赖麟出版社:出版社: 高等教育出版社高等教育出版社ISBN: 7040121972 出版日期出版日期: 2003-07-01 版版 次:次: 第一版第一版PREFACEPREFACE 随着生命科学的发展,作为一门研究生物领随着生命科学的发展,作为一门研究生物领域数量现象的科学域数量现象的科学生物统计学生物统计学,已越来越受,已越来越受到广大生物学工作者的重视。近年来,各地高等到广大生物学工作者的重视。近年来,各地高等院校生命科学学院(生物系)多已将生物
2、统计学院校生命科学学院(生物系)多已将生物统计学列入本科教育计划,而以在职教师为对象的高师列入本科教育计划,而以在职教师为对象的高师“专升本专升本”生物学专业,也已把生物统计学作为生物学专业,也已把生物统计学作为专业基础必修课,以适应教师专业知识更新和提专业基础必修课,以适应教师专业知识更新和提高科研能力的迫切需要。因此,开设一门既能满高科研能力的迫切需要。因此,开设一门既能满足现有生物学专业本科生,又能适合生物教育专足现有生物学专业本科生,又能适合生物教育专业和生物技术专业本科生教学需要的生物统计学业和生物技术专业本科生教学需要的生物统计学课程是十分必要的。课程是十分必要的。 根据本科生培养
3、目标和课程大纲的要求,本根据本科生培养目标和课程大纲的要求,本课程在保证科学性、系统性的基础上,力求简明课程在保证科学性、系统性的基础上,力求简明实用,由浅入深,强调针对性,注重实践性,加实用,由浅入深,强调针对性,注重实践性,加强自学性,突出应用性。遵循生物统计学的学科强自学性,突出应用性。遵循生物统计学的学科特点和教学规律,理论联系实际,同时最大程度特点和教学规律,理论联系实际,同时最大程度地体现时代特征和先进性。地体现时代特征和先进性。 计算机普及和统计软件的问世给生物统计的计算机普及和统计软件的问世给生物统计的应用提供了更大的发展空间和无比的优越性。为应用提供了更大的发展空间和无比的优
4、越性。为此,本课程增加了有关计算机统计的章节,可供此,本课程增加了有关计算机统计的章节,可供大家在掌握相关统计的原理和方法后对照使用。大家在掌握相关统计的原理和方法后对照使用。为了便于自学和复习,每章后有总结和习题。为了便于自学和复习,每章后有总结和习题。 本课程共分为本课程共分为11章,第一章为绪论,第二章,第一章为绪论,第二章主要论述资料整理和描述性统计,第三章讲章主要论述资料整理和描述性统计,第三章讲述概率、随机变量及其分布,第四章着重讨论述概率、随机变量及其分布,第四章着重讨论抽样分布及统计推断原理,第五章是抽样分布及统计推断原理,第五章是 t 检验,检验,第六章为第六章为c c2 检
5、验,第七章讲方差分析,第八章检验,第七章讲方差分析,第八章叙述直线回归与相关,第九章重点讲述非参数叙述直线回归与相关,第九章重点讲述非参数检验,第十章是实验设计,第十一章主要讨论检验,第十章是实验设计,第十一章主要讨论 SPSS 软件在生物统计学中的应用。软件在生物统计学中的应用。INTRODUCTIONINTRODUCTION 生物统计学是应用数理统计的原理和方法来生物统计学是应用数理统计的原理和方法来分析和解释生物界数量现象的科学,也可以说是分析和解释生物界数量现象的科学,也可以说是一个分支,属于生物数学的范畴,生物统计是数一个分支,属于生物数学的范畴,生物统计是数理统计在生物学研究中的应
6、用,它是应用数学由理统计在生物学研究中的应用,它是应用数学由于紧密结合生物学科研和生物学教育,加上近年于紧密结合生物学科研和生物学教育,加上近年来计算机统计软件的支持,目前已被广泛地应用来计算机统计软件的支持,目前已被广泛地应用于生命科学的各个领域,并获得了迅速的发展。于生命科学的各个领域,并获得了迅速的发展。第一节第一节 生物统计学概述生物统计学概述 生物统计学的研究内容包括统计原理、统计方法生物统计学的研究内容包括统计原理、统计方法和试验设计。统计原理阐述统计理论和有关公式,以和试验设计。统计原理阐述统计理论和有关公式,以满足统计方法的需要。统计方法的应用,旨在对客观满足统计方法的需要。统
7、计方法的应用,旨在对客观事物得出本质的和规律性的认识。试验设计是试验工事物得出本质的和规律性的认识。试验设计是试验工作前应用统计原理,制定科学的试验方案和方法。作前应用统计原理,制定科学的试验方案和方法。 人们在从事科学研究时,总是通过事物的一部分人们在从事科学研究时,总是通过事物的一部分(样本),来估计事物全体(总体)的性质特征,即(样本),来估计事物全体(总体)的性质特征,即由样本推断总体,从特殊推导一般,从而对所研究的由样本推断总体,从特殊推导一般,从而对所研究的总体得出正确的结论。在生物学研究中,我们期望知总体得出正确的结论。在生物学研究中,我们期望知道的是总体,而不是样本。可是在实际
8、问题的调查和道的是总体,而不是样本。可是在实际问题的调查和试验中,我们所得到的却只是样本的资料。试验中,我们所得到的却只是样本的资料。生物统计生物统计学从本质来看,实际上是研究如何从样本推断总体的学从本质来看,实际上是研究如何从样本推断总体的一门科学一门科学。 生物统计学所研究的对象是有变异的总体,即使生物统计学所研究的对象是有变异的总体,即使在同质的对象中往往也会存在差异。例如,同一组小在同质的对象中往往也会存在差异。例如,同一组小鼠,即使品种、性别、年龄相同的个体,它们的体重、鼠,即使品种、性别、年龄相同的个体,它们的体重、尾长和各种生理指标的数值都会有所不同;同一栏的尾长和各种生理指标的
9、数值都会有所不同;同一栏的猪,由于吃了腐烂的饲料而发生肠胃炎,病情的轻重猪,由于吃了腐烂的饲料而发生肠胃炎,病情的轻重也有所不同;对病情相同的病畜,用同一药物治疗,也有所不同;对病情相同的病畜,用同一药物治疗,有的治愈,有的没有治愈,治愈的病例其病程也有短有的治愈,有的没有治愈,治愈的病例其病程也有短有长,不一而论。这些都是普遍存在的变异是实例。有长,不一而论。这些都是普遍存在的变异是实例。如何认识和了解这种有变异的总体,是生物统计学的如何认识和了解这种有变异的总体,是生物统计学的基本任务之一基本任务之一。 由于事物都是相互联系的,统计不能孤立地研究由于事物都是相互联系的,统计不能孤立地研究各
10、种现象,而必须通过一定数量的观察,各种现象,而必须通过一定数量的观察,从这些观察从这些观察结果中研究事物间的相互关系,揭示事物客观存在的结果中研究事物间的相互关系,揭示事物客观存在的规律性,这也是生物统计学的重要任务之一规律性,这也是生物统计学的重要任务之一。 试验研究工作开展前进行试验设计,制订试试验研究工作开展前进行试验设计,制订试验方案,选择试验动物,合理分组,可利用较少验方案,选择试验动物,合理分组,可利用较少的人力、物力和时间,获得更多更可靠的信息资的人力、物力和时间,获得更多更可靠的信息资料,从而得出科学的结论。生物统计与试验设计料,从而得出科学的结论。生物统计与试验设计是不可分割
11、的两部分。是不可分割的两部分。试验设计试验设计需要以统计的原需要以统计的原理和方法为基础,而正确设计的试验又为统计方理和方法为基础,而正确设计的试验又为统计方法提供丰富可靠的信息法提供丰富可靠的信息,两者紧密结合才能推断,两者紧密结合才能推断出较为客观的结论,从而不断推进生物科学研究出较为客观的结论,从而不断推进生物科学研究的发展。的发展。第二节第二节 生物统计的功用生物统计的功用 现代生物统计学已在生命科学研究、生产实践和生物现代生物统计学已在生命科学研究、生产实践和生物教育领域中得到了极为广泛的应用。其基本功用有:教育领域中得到了极为广泛的应用。其基本功用有:一、科学地整理分析数据一、科学
12、地整理分析数据 做任何工作,都必须掌握基本情况,做到胸中有数,做任何工作,都必须掌握基本情况,做到胸中有数,才能有的放矢,从而提高工作质量。进行生物科学研究工才能有的放矢,从而提高工作质量。进行生物科学研究工作更不例外,必须有计划地收集资料并进行合理的统计分作更不例外,必须有计划地收集资料并进行合理的统计分析,通过调查所得的数据,经过加工整理,从中归纳出事析,通过调查所得的数据,经过加工整理,从中归纳出事物的内在规律性,用以指导实践。例如,调查某母鸡品种物的内在规律性,用以指导实践。例如,调查某母鸡品种的产蛋数,可以得到不同季节、不同年龄、不同个体、不的产蛋数,可以得到不同季节、不同年龄、不同
13、个体、不同产蛋数的大量原始数据。这些杂乱的数据开始时难以看同产蛋数的大量原始数据。这些杂乱的数据开始时难以看出什么规律性,若运用生物统计方法对这些数据进行加工出什么规律性,若运用生物统计方法对这些数据进行加工整理,使之条理化,即可大体了解不同季节、不同年龄、整理,使之条理化,即可大体了解不同季节、不同年龄、不同母鸡产蛋数的一般情况及其变异特征,得到母鸡在什不同母鸡产蛋数的一般情况及其变异特征,得到母鸡在什么季节产蛋数最高,什么年龄产蛋数开始下降,以及母鸡么季节产蛋数最高,什么年龄产蛋数开始下降,以及母鸡适宜的利用年限等很多有用的信息。适宜的利用年限等很多有用的信息。 二、判断试验结果的可靠性和
14、有效性二、判断试验结果的可靠性和有效性 由于存在试验误差,从试验所得的数据资料由于存在试验误差,从试验所得的数据资料必须借助于统计分析方法才能获得可靠的结论。必须借助于统计分析方法才能获得可靠的结论。例如,某试验农场要研究两种饲料对肉用仔鸡增例如,某试验农场要研究两种饲料对肉用仔鸡增重及饲料报酬的影响,选择同品种及体重接近的重及饲料报酬的影响,选择同品种及体重接近的500 只肉用雏鸡,半数饲以甲种饲料,半数饲以只肉用雏鸡,半数饲以甲种饲料,半数饲以乙种饲料,乙种饲料,8 周龄后称重并计算饲料消耗,分析周龄后称重并计算饲料消耗,分析比较这些资料,从中得出结论。这就要运用统计比较这些资料,从中得出
15、结论。这就要运用统计分析方法,以决定这两群鸡体重与饲料消耗的差分析方法,以决定这两群鸡体重与饲料消耗的差异,究竟是属本质的,还是属机遇的,即判断是异,究竟是属本质的,还是属机遇的,即判断是由于不同饲料造成的,还是由于其他未经控制的由于不同饲料造成的,还是由于其他未经控制的偶然因素所引起的,统计分析之后才能得出比较偶然因素所引起的,统计分析之后才能得出比较正确的结论。正确的结论。 三、确定事物之间的相互关系三、确定事物之间的相互关系 科学实验的目的,不仅是研究事物的特征、科学实验的目的,不仅是研究事物的特征、特性,同时还要研究事物间的相互关系的联系形特性,同时还要研究事物间的相互关系的联系形式。
16、例如,测定某群奶牛第一胎的产乳量和它以式。例如,测定某群奶牛第一胎的产乳量和它以后几胎的产乳量之间的相关关系,就可以根据第后几胎的产乳量之间的相关关系,就可以根据第一胎产乳量的高低来推断它终生的产乳量,这样一胎产乳量的高低来推断它终生的产乳量,这样,就为早期选择和淘汰低产乳牛提供科学预见。又就为早期选择和淘汰低产乳牛提供科学预见。又如青少年近视的形成受很多因素的影响,查明这如青少年近视的形成受很多因素的影响,查明这些因素对降低青少年近视的发病率有很积极的意些因素对降低青少年近视的发病率有很积极的意义。这种研究事物之间的联系形式以及相关程度义。这种研究事物之间的联系形式以及相关程度的方法是生物统
17、计的一个重要部分。的方法是生物统计的一个重要部分。 四、提供试验设计的原则四、提供试验设计的原则 做任何调查或试验工作,事先必须有周密的做任何调查或试验工作,事先必须有周密的计划和合理的试验设计,它是决定科研工作成效计划和合理的试验设计,它是决定科研工作成效的一个重要的环节。一个好的试验设计,可以用的一个重要的环节。一个好的试验设计,可以用较少的人力、物力和时间,最大限度地获得丰富较少的人力、物力和时间,最大限度地获得丰富而可靠的资料,尽量降低试验误差,从试验所得而可靠的资料,尽量降低试验误差,从试验所得的数据中能够无偏地估计处理效应和试验误差的的数据中能够无偏地估计处理效应和试验误差的估值,
18、以便从中得出正确的结论。相反,设计不估值,以便从中得出正确的结论。相反,设计不周,不仅不能得到正确的试验结果,而且还会带周,不仅不能得到正确的试验结果,而且还会带来经济上和其他方面的损失。来经济上和其他方面的损失。 五、为学习相关学科提供基础五、为学习相关学科提供基础 要学好遗传学、生态学、生理学和细胞生物学等要学好遗传学、生态学、生理学和细胞生物学等学科,也必须学好生物统计。比如,数量遗传学就是学科,也必须学好生物统计。比如,数量遗传学就是应用生物统计方法研究数量性状遗传与变异规律的一应用生物统计方法研究数量性状遗传与变异规律的一门学科。如果不懂得生物统计,也就无法掌握遗传学。门学科。如果不
19、懂得生物统计,也就无法掌握遗传学。此外,阅读生物科技文献也会碰到统计分析问题,也此外,阅读生物科技文献也会碰到统计分析问题,也必须有生物统计的基础知识。因此,生物科学工作者必须有生物统计的基础知识。因此,生物科学工作者都必须学习和掌握统计方法,才能正确认识客观事物都必须学习和掌握统计方法,才能正确认识客观事物存在的规律,提高工作质量。存在的规律,提高工作质量。 总之,生物统计是一种很有用的工具,正确使用总之,生物统计是一种很有用的工具,正确使用这一工具可以使生物科学研究更加有效,使生产效益这一工具可以使生物科学研究更加有效,使生产效益提高,使生物教育效果更好。所以,提高,使生物教育效果更好。所
20、以,它是每位从事生它是每位从事生物科学研究和生物学教育的工作者必须掌握的基本工物科学研究和生物学教育的工作者必须掌握的基本工具具。第三节第三节 学习生物统计的方法和要求学习生物统计的方法和要求 生物统计学使数学与生物学相结合的一门边缘学生物统计学使数学与生物学相结合的一门边缘学科,与生物学的其他学科具有很大的不同,它所包含科,与生物学的其他学科具有很大的不同,它所包含的公式很多,在性质上属于生物学领域内的应用数学。的公式很多,在性质上属于生物学领域内的应用数学。因此,在学习中首先要弄懂统计的基本原理和基本公因此,在学习中首先要弄懂统计的基本原理和基本公式,要理解每一公式的含义和应用条件,但一般
21、可不式,要理解每一公式的含义和应用条件,但一般可不必究其数学推导、证明和数学原理。必究其数学推导、证明和数学原理。 其次,作为一门工具课,必须认真做好习题和作其次,作为一门工具课,必须认真做好习题和作业,加深对公式及统计步骤的理解。只有通过一定数业,加深对公式及统计步骤的理解。只有通过一定数量的实践和练习(没有其他途径可走),并能熟练使量的实践和练习(没有其他途径可走),并能熟练使用计算机的处理操作,才能达到熟练应用生物统计方用计算机的处理操作,才能达到熟练应用生物统计方法的目的。法的目的。 其三,应注意培养科学的统计思维方法。生其三,应注意培养科学的统计思维方法。生物统计意味着一种全新的思考
22、方法,从不肯定性物统计意味着一种全新的思考方法,从不肯定性或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果或概率的角度来思考问题和分析科学试验的结果,避免绝对肯定或绝对否定的武断结论,或单凭感避免绝对肯定或绝对否定的武断结论,或单凭感觉不作检验的简单判断。觉不作检验的简单判断。 其四,必须联系实际,结合专业,了解生物其四,必须联系实际,结合专业,了解生物统计方法的实际应用。平时要留意国内外书籍和统计方法的实际应用。平时要留意国内外书籍和杂志文献中的表格、数据及其分析和解释,熟悉杂志文献中的表格、数据及其分析和解释,熟悉规范的表达方法及其应用。规范的表达方法及其应用。第四节第四节 生物统计学的主要内容
23、生物统计学的主要内容 生物统计学从统计方法的主要内容来讲,大致可分为生物统计学从统计方法的主要内容来讲,大致可分为以下三个方面。以下三个方面。 一、描述性统计一、描述性统计 描述性统计实际上就是对原始资料进行整理并作基本描述性统计实际上就是对原始资料进行整理并作基本分析。分析。 生物统计的基本特点,是以样本推断总体。如果在大生物统计的基本特点,是以样本推断总体。如果在大样本情况下,就需要通过统计资料初步整理之后,再从资样本情况下,就需要通过统计资料初步整理之后,再从资料中计算出三个主要的统计量,即平均数、标准差及标准料中计算出三个主要的统计量,即平均数、标准差及标准误。以用来根据样本推断总体的
24、特征,误。以用来根据样本推断总体的特征,一一是资料的集中性是资料的集中性,以平均数来表示;以平均数来表示;二二是资料的离中性,以标准差来表示;是资料的离中性,以标准差来表示;三三是衡量平均数的可靠性,用标准误来表示是衡量平均数的可靠性,用标准误来表示。 二、显著性检验(又称假设检验)二、显著性检验(又称假设检验) 1. 平均数间差异的比较平均数间差异的比较 在进行生物科学研究工作中,经常会遇到两组或两在进行生物科学研究工作中,经常会遇到两组或两组以上数据的平均数。它们之间进行比较,就是一个有组以上数据的平均数。它们之间进行比较,就是一个有无显著差异的问题或者说孰优孰劣的问题。平均数之间无显著差
25、异的问题或者说孰优孰劣的问题。平均数之间的比较,需要通过一定的统计方法,并且要注意抽样是的比较,需要通过一定的统计方法,并且要注意抽样是否合理,否则它们将没有比较的基础。例如,有两批孵否合理,否则它们将没有比较的基础。例如,有两批孵化期不同的两个月龄雏鸡的体重,甲组(化期不同的两个月龄雏鸡的体重,甲组(3月月8日出壳)日出壳)共共 61 只,平均体重只,平均体重 269.3 g,乙组(,乙组(4月月5日出壳)共日出壳)共 73只,平均体重只,平均体重275.6 g,试问这两批不同孵化时间,雏鸡,试问这两批不同孵化时间,雏鸡平均体重之间的差异是由于不同孵化时期所造成,还是平均体重之间的差异是由于
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