均衡設計在心理實驗中的應用研究

摘要：均衡設計起初廣泛應用于數(shù)學研究領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)值的統(tǒng)計分析，后來拓展到了自然科學的各個方面，本文介紹了具備、均勻設計的特點以及心理學科實驗的設計原理要求，將均衡設計方法運用到心理學實驗中，研究心理學的一些問題。

關(guān)鍵詞：均衡設計、心理實驗、數(shù)據(jù)處理

前言：

均衡設計是一種由數(shù)學家王元、方開泰在1979年提出的一種新的實驗設計方法保留并提高了正交設計的均勻分散性實驗次數(shù)等于處理水平數(shù)據(jù)均勻設計包括選擇均與設計等，適用于探索性試驗，特別適合與多個變量相互作用不但能綜合處理連續(xù)變量，還能處理離散型的數(shù)據(jù)，可以運用到心理實驗的研究中。

一、從大與小池塘問題到均勻設計

心理實驗設計從簡單到復雜，從單因素到多因素，反映了心理學實驗的進步歷程和心理科學的發(fā)展多因素多水品實驗設計主要優(yōu)點是能夠揭示變量之間的交互作用，提高研究的外部研究效率但實驗處理組處理會因為實驗因素與水平的增加而急劇增加。心理學傳統(tǒng)實驗難以容納如此多的實驗數(shù)據(jù)處理組。如果把實驗處理比作魚，把實驗設計比作池塘的話，很容易發(fā)發(fā)現(xiàn)魚太大而池塘太小，試驗中出現(xiàn)著這種現(xiàn)象課稱為大與小池塘問題。伴隨著實驗設計從全面試驗設計到正交試驗設計再到均勻?qū)嶒炘O計等階段。

全面試驗設計處理組介數(shù)最多，涵蓋了所有可能的組介數(shù)，全面試驗及難以實現(xiàn)花費有高，為了降低成本提高效率，研究者發(fā)現(xiàn)可以從所有組介中挑出一些具有代表性的數(shù)據(jù)進行試驗。正交實驗設計就是這樣一種方式其中具體方法這里就不再贅述，正交實研究室一種有效的挑選試驗處理的方法。與全面試驗設計相比，正交處理組介大大減少。

目前，正交試驗設計已被引入到心理學實驗研究中，并取得了一定的成果，在這些采取正交試驗設計中處理數(shù)組至少都有七個以上甚至更多，要是引用全面設計來研究這些心理實驗大量的數(shù)組就會導致實驗組奔潰根本無法實施。二孫翔、陳一聞在2005年云云正交實驗設計方法設計了消費者的消費觀是運用正交數(shù)組處理方法，一次處理了上百個實驗組介顯示出了正交試驗設計在心理學研究領(lǐng)域的強大功效。雖然迄今為止鮮有運用均用設計驚醒心理學實驗數(shù)據(jù)處理的案例，但軍訓設計這一方法定會在不久的將來大局廣泛得多運用到心理學實驗中，目前以均勻設計為題討論性理學的文獻較少，但均勻設計這一方法已被部分學者運用到性理學實驗設計的組介處理中了，心理學在均勻設計方面的首次案例是1989年蔣生，陳瑞證明了均勻設計適合于在心理學而方面的研究。在1980年方開泰發(fā)表了第一篇均勻設計的論文之后，均勻設計本身的理論又有了長足的進步。如今已被業(yè)內(nèi)多研究領(lǐng)域所采用化學工程、航班運籌、工業(yè)制造等哥哥領(lǐng)域廣泛的應用，取得了令人矚目的成績。隨著心理學問題復雜性日益增加，我們繼續(xù)從方法論的角度思考如何改進實驗設計，簡化實驗布置，優(yōu)化實驗調(diào)查，并能滿足那些包含因素較多及處理數(shù)組水品較多的實驗要求。從這個角度來講均勻設計無疑是給心理實驗提供了一個良好的實驗設計方法。并給心理實驗提供的新的方法與視野優(yōu)化了實驗結(jié)構(gòu)。

二、均衡設計在心理實驗設計中的應用

均衡設計是我國數(shù)學及方泰在1978年提出的，其基本思想是在試驗范圍內(nèi)選出具有代表性的實驗數(shù)組，并盡可能多的攜帶實驗信息，均勻設計運用數(shù)輪的方法是試驗點在試驗范圍內(nèi)進行均勻分散，并且考慮到整齊可比，所以使得實驗準確反映實驗內(nèi)部規(guī)律時，使得試驗次數(shù)大大減少。

均勻設計的主要特點有：每個因素在每個實驗水品僅做一次實驗，試驗次數(shù)按水平數(shù)的增加量呈算數(shù)型增長，所以實驗因素較多的情況下運用均勻設計的方法對于實驗的實施更為有利，在運用均勻?qū)嶒炘O計是要運到均勻設計表及配套的使用表，均勻設計表及配套的使用表由數(shù)學統(tǒng)計學家編制由于均與設計表由兩行兩列組成的實驗方案表，并小范圍矯正設計表，因此需要配套的使用表。使用配套表給出了實驗數(shù)組介代表新的數(shù)據(jù)估量,以偏差值衡量，同時也規(guī)定了我們應選擇那些均勻設計表。而非方差分析模型下達到最優(yōu)。

均勻設計最電信發(fā)的使用領(lǐng)域是因素數(shù)目多伊蘇水平多的領(lǐng)域，并適用于實驗周期場費用高的實驗。比如在1978年，一期部在研究巡航導彈是曾提出五個因素，二每個因素的實驗水平熟都大于10，而且要求試驗次數(shù)小于50次，這用正交設計根本實現(xiàn)不了，需要用到均用設計。均勻設計主要可以用到以下幾個類型的實驗，探索性試驗，實驗初期，可以用均勻設計來探索實驗已決定哪些關(guān)鍵因素可以進入實驗，因素水平范圍去多大。，從多水平凡未經(jīng)實施延運用均與設計可以明顯的減少單因素實驗帶來的誤差，和實驗組數(shù)；可以很快的偵測出多個因素之間的交互作用，交互作用是多因素試驗中關(guān)注的的焦點，全面試驗需要探查所有的情況后才能探明交互作用，正交設計由于其整齊可比的特性，搞得任然是實驗因素橫多讓實驗者忙與奔波。均勻設計就無需如此。求取變量間的最佳組介關(guān)系，例如研究消費行為研究設計上百個品牌屬性，消費維介多則上千少則幾百，這類研究運用均勻設計可使工作量大大減少，而又不失實驗的準確性，還有一種特殊情況及需要考察實驗順序又需要測試被試差異等的影響，在傳統(tǒng)心里是嚴厲常常運用拉丁方設計但是一旦數(shù)據(jù)組介過多，這種傳統(tǒng)方法就難以勝任，這時就可已運用均勻設計，以擴展對實驗處理的容量。

在設計均勻?qū)嶒灂r應根據(jù)因素樹木以及水平數(shù)現(xiàn)則相應的均勻設計表，如何過水平因素熟為5則選擇五水品均勻設計表，就可以考察四個水平因素數(shù)與其中一個因素的交互作用，給誤差留下足夠的自由度。對于均勻設計的實驗數(shù)據(jù)應采取回歸分析方法進行分析。通過分析，可以建立線性回歸模型或者二次回歸模型來分析實驗數(shù)據(jù)

二、均勻設計心理實驗中應注意的幾個問題

均勻設計最大的優(yōu)點就是所需試驗次數(shù)少，但該方法的局限以及心理實驗的獨特性決定了該方法只能在一定范圍內(nèi)使用它，在實際應用中還需要注意以下的幾個問題。首先實驗處理組介并不是越少越好，因為實驗組介的減少有可能會影響到實驗結(jié)果的準確性，因此在線率和和精度之間應勸和利弊學則合適的實驗組介數(shù)，在處理探索性試驗是可以忽略小精度型音箱，但在正式試驗中就該考慮到精確性。其次是均勻設計沒有全面設計所擁有的穩(wěn)定性，因此要對于這個問題優(yōu)化，就要選擇較大的均勻設計表，重復試驗處理。方開泰建議最好讓實驗自由度大于五。二是分布式鹽先用均勻設計實驗探明所關(guān)心的幾個實驗組介間的交互作用，讓后再有針對性的精心全面試驗。第三均勻設計能處理連續(xù)變量之外，還可以處理離散變量，在處理離散變量實驗時與處理連續(xù)變量相比，其選擇均勻設計表的步驟是一樣的，不同之處是在于縫隙實驗數(shù)據(jù)階段。第四，關(guān)于均勻設計實驗的數(shù)據(jù)分析問題，實驗設計方法之所以能提高實驗效率是因為背后有特定的數(shù)學模型分析支持，以試驗達到最優(yōu)，均勻設計則是在穩(wěn)定的回歸模型下達到最優(yōu)，而正交設計則是在特點的方差模型下分析處理的，前面已經(jīng)敘述過，在均勻設計中實驗組介數(shù)少于五其實就是拉丁方設計，此時可以重復測量方差分析。由于方差分析師回歸模型的一個特例，因此拉丁實驗也可以回歸模型加以分析。擔當實驗數(shù)據(jù)大于五時所得數(shù)據(jù)需用RS model，需要注意的是，在處理數(shù)據(jù)時候采用合適的數(shù)據(jù)回歸模型非常重要。

結(jié)束語：

心理學發(fā)展中的問題驅(qū)動著心理研究的方法學的發(fā)展，歷史上spearman為解決發(fā)展智力提出了因素分析法，glass為說明心理治療的療效提出了元素分析法都充分說明這一點。隨著心理學研究的越來越深入對研究方法學提出了巨大的挑戰(zhàn)，因此不管是從心理學研究的現(xiàn)實需求來看還是從實驗設計的內(nèi)在邏輯型來看討論均勻設計也是非常必要的。

均勻設計是一種由深厚的統(tǒng)計學基礎(chǔ)實驗方法，在各個領(lǐng)域都已廣泛應用，因此進一步探索均勻設計在心理實驗中的運用，仍是今后研究的一大課題。

參考文獻：

[1]方開泰、馬長興，正交與均勻?qū)嶒炘O計.北京科學出版社.2001.

[2]柳學志，多種因素對時間的影響.心理學報.2006.

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