生物统计学

本门课程的学习要求掌握生物统计学的基本原理和基本概念；掌握科学地收集、整理和分析数据资料的基本知识与技能；初步掌握设计实验的基本方法，培养从事教学和科研工作的能力。通过本课程的学习绪论一、生物统计学的概念二、生物统计学的产生和发展三、在生物学科研工作中的作用四、学习生物统计学的方法主要内容无处不在的统计•1980年6月，首届国际《红楼梦》研讨会在美国召开，威斯康星华裔学者陈炳藻独树一帜，宣读了题为《从词汇上的统计论〈红楼梦〉作者的问题》的博士论文。他从字、词出现频率入手，通过计算机进行统计、处理、分析，对《红楼梦》后40回系高鹗所作这一流行看法提出异议，认为120回均系曹雪芹所作。•精确到小数点的爱情--统计学博士的求婚信数学家的幽默•统计学家调侃数学家：你们不是说若Ｘ＝Ｙ且Ｙ＝Ｚ，则Ｘ＝Ｚ吗！那么想必你若喜欢一个女孩，那么这个女孩喜欢的男生你也喜欢吧？数学家反问道：那么你把左手放到一锅一百度的开水中，右手放到一锅零度的冰水里想来也没事吧！因为它们平均不过是五十度而已！”由上可知，统计与数量有关，同时它已经渗透到社会经济活动和科学研究的方方面面，统计无处不在。案例在一个水库中养着许多鱼，管理人员希望了解鱼的大致数量，这就是一个实践中的统计学问题。由于鱼不听从指挥，会在各处自由游动的，因此，在进行统计时，必须创造性地提出解决方案。一种解决方法先从水库的不同位置一共捕上来1000条鱼，在每条鱼的尾部作上一个标记，应当保证标记不会影响鱼的自由游动。然后，将鱼全部放回水库。几天后，从水库中再捕上来1000条鱼，检查其中尾巴上有标记的鱼的数量。假定在第二次捕上来的1000条鱼中，有20条尾巴上做了标记，则可以推断，水库中鱼的总数大致为：1000／（20／1000）＝5万条。统计(Statistics)的涵义•统计是人们认识客观世界总体数量变动关系和变动规律的活动的总称，是认识客观世界的有力工具。•统计的研究对象的特点：–（一）数量性。统计数据是客观事物量的反映。–（二）总体性。统计的数量研究是对现象总体中各单位普遍存在的事实进行大量观察和综合分析。–（三）变异性。总体各单位的特征表现存在着差异，而且这些差异并不是事先可以预知的。概念：生物统计学是应用概率论和数理统计原理来研究生物界数量变异规律的一门科学。实质：生物统计学从研究思路上看，它是以样本来推断总体的一门学科。特点：1、概率性：研究手段是概率论以及建立在概率论基础上的数理统计方法，更主要的是其结论是不确切的。2、归纳性：生物统计学由样本来推断总体的研究思路是由特殊到一般的归纳过程。3、实践性生物统计学的概念1894年，发表了一系列生物统计学的论文，奠定生物统计学的基础（英国·毕尔生）。哥尔顿(Galton)在十九世纪末叶，应用统计方法研究人种特征与遗传，创立了生物统计学。生物统计学的产生和发展英国人达尔文的侄子弗朗西斯·哥尔顿直到1883年才发明出“优生学”这个词。一开始，高尔顿的提议没有博得积极的反应。很多人对他的人工控制生育的思想感到震惊。人们对高尔顿的遗传观点也非常怀疑。再者，因为出身名门的孩子通常能比普通人受到更好的教育，所以怎么肯定他们的能力就是天生的呢？生物统计学的产生和发展后来，哥尔顿花了很多的精力，提出一种生物学上的统计技术，以直接回应最初出现的怀疑态度（Cowan,1972b）。他更加详细地表明，遗传控制了人口的性质。他将统计学方法应用于变异的研究，这也为生物统计学派的研究道路奠定了基础。生物统计学的产生和发展后来，他的学生卡尔·皮尔逊(K·Pearson)利用生物统计学来捍卫达尔文主义。可以认为，皮尔逊定量技术的真实结构反映出他想为优生学政策提供明确科学证据的欲望（Mackenzie,1982）。在皮尔逊的学生R·A·费舍尔那里也发现同样的观点（Bennett,1983;Norton,1983）。生物统计学的产生和发展1820年法国人Laplace及同时代的Gauss发现正态分布，卡尔·皮尔逊在1906年继续主持哥尔顿试验室，他所提出的卡方(χ2)测验在遗传学上研究性状分离时被广泛应用。他的学生W·S·Gosset所提出的ｔ值测验法已成为当代生物统计工作的基本工具之一。生物统计学的产生和发展我国在二十世纪三十年代就出版有《实用生物统计学》（王绶，1937年），并且成为必修课，在许多方面加以应用。生物统计学的产生和发展生物统计学近年来发展甚速，从中又分支为生物统计遗传学、生态统计学、毒理统计学等等。当前，由于电子计算机的普及，使运算技术出现新的跃进，原来十分繁琐的计算变得十分简单、迅速，而且更加精确。应用统计方法以及先进的试验设计来进行分析、研究，在生物学的研究中将越来越显得重要。生物统计学的产生和发展在生物学科研工作中的作用生物学是一门实验科学。不管你从事的是生物学的哪一个分枝，都不可能完全脱离实验，只进行逻辑推理。而实验所得到的结果几乎无例外地都带有或多或少的不确定性，即实验误差。在这种情况下不用统计学要想得到正确的结论是不可能的。在生物学科研工作中的作用可以毫不夸张地说，作为一个实验科学工作者，离开了统计学就寸步难行。希望大家通过这门课程的学习，能够掌握常用的统计方法，尤其是它们的条件，适用范围、优缺点等，从而能够应用它们去解决实践中遇到的问题。生物统计学是运用数理统计的的原理和方法来分析和解释生物界各种现象和试验调查资料的一门科学。随着生物学的不断发展，生物统计学在水产养殖、水生生物、渔业资源及捕捞等水产学科领域已有广泛应用。在生物学科研工作中的作用生物统计学在设计、质控、数据管理、统计分析、结果评价等各个环节均发挥了重要作用。统计研究的基本环节统计设计收集数据整理与分析资料积累开发应用描述统计推断统计统计调查、实验理解统计思想掌握统计术语熟悉统计符号记住统计公式使用统计工具学习生物统计学的方法常用统计工具计算器统计数表如二项分布表、泊松分布表、标准正态分布表、t分布表等能完成函数功能（对数计算、乘高次方、开高次方等）和统计功能（计算平均数、标准差、变量值平方和等）统计软件如Excel、SPSS、SAS、TSP（时间序列数据软件）等第一章统计资料的收集与整理§1.1总体与样本§1.2数据类型及频数（率）分布§1.3样本的几个特征数总体（集合）和个体（构成集合的元素）根据研究目的确定的、符合指定条件的全部观察对象称为总体。一般用希腊字母表示总体数值，如α，β，γ，σ，μ等。注意：•（2）总体具有同质性：每个个体具有共同的观察特征，而与其它总体相区别；•（1）按组成总体个体的多寡分为：有限总体和无限总体；注意统计总体的种类指所包含的单位数目有限的总体指所包含的单位数目无限的总体有限总体无限总体样本和样本容量•总体中抽出若干个个体组成的集体称为样本。一般用拉丁字母表示样本数值，如ｘ、Ｓ等。•样本中包含的个体的个数称为样本的容量，又称为样本的大小。通常用ｎ表示。一般以样本含量少于30者为小样本，大于30者为大样本。•注意：抽样是按随机原则选取的，即总体中每个个体有同样的机会被选入样本。样本与总体之间的关系•样本是总体的一部分，是对总体随机抽样后得到的集合。•对观察者而言，总体是不了解的，了解的只是样本的具体情况。我们所要做的就是通过对这些具体样本的情况的研究，来推知整个总体的情况。……Xn+1Xn…X1……Xn+1Xn…X1样本总体总体单位调查单位统计调查的组织方式总体单位调查单位普查统计调查的组织方式对全部单位进行调查总体单位调查单位重点调查只调查重点单位（单位数不多但其标志量占标志总量比重较大的单位）统计调查的组织方式总体单位调查单位抽样调查按随机原则选择调查单位，各单位被选中的机会相同。统计调查的组织方式总体单位调查单位典型调查对典型单位进行调查，典型单位的选择并不一定按规模统计调查的组织方式按照随机原则从调查对象中抽取一部分样本单位进行调查，再用样本资料推断把握总体的数量特征的一种非全面调查组织方式抽样指样本单位的抽取不受主观因素及其他系统性因素的影响，每个总体单位都有均等的被抽中机会特点优点按随机原则抽取样本单位目的是推断总体的数量特征抽样误差可以事先计算并控制能用较少的人力、物力和时间达到全面调查的目的调查资料的准确性较高、受人为干扰的可能性较小§1.2数据类型及频数（率）分布一、资料类型二、资料搜集与整理三、频数（率）分布－常用统计图（表）资料的分类正确地进行资料的分类是资料整理、分析的前提。通过试验或调查所获得的资料一般可以分为三大类：一、数量性状资料(dataofquantitativecharacteristics)二、质量性状资料(dataofqualitativecharacteristics)三、半定量（等级）资料(semi-quantitativeorrankeddata)资料的分类一、数量性状资料（一）概念数量性状是指能够以测量、称量或计数的方法表示其特征的性状。观察测定数量性状而获得的数据就是数量性状资料。（二）分类数量性状资料的记载有量测和计数两种方式，因而数量性状又分为计量资料和计数资料两种。一、数量性状资料（二）分类1.计量资料：指用量测手段得到的数量资料。这种资料的各个观察值不一定是整数，两个相邻的整数间可以有带小数的任何数值出现，其小数值的多少由度量工具的精度而定，它们之间的变异是连续性的。因此亦称为连续性变异资料。例如身高、产奶量、绵羊剪毛量、血液的生理生化指标等属于连续性数量性状资料。一、数量性状资料连续型资料在一个区间内可以连续不断取值的资料人的身高、牲畜产奶量、绵羊剪毛量、血液的生理生化指标等需要使用度量工具取值身高的例子：165166●●（二）分类2．计数资料：指用计数方式得到的数量资料。它的各个观察值只能以整数表示，两个相邻整数不得有任何带小数的数值出现。因此，该类资料也称不连续性变异资料或间断（离散）性变异资料。如猪的产仔数、鸡的产蛋数、鱼的尾数、寄生虫虫卵数等。一、数量性状资料离散型资料其一切可能取值都以整数形式出现，并可以一一列举的资料特定范围的人口数、林木株数、畜禽数量等等取值不需要用工具度量，用计数的方式即可二、质量性状资料（一）概念和特点质量性状是指只能观察而不能测量的性状。这类性状本身不能直接用数值表示,要获得这类性状的数据资料,须对其观察结果作数量化处理。（二）质量性状数量化的方法1、统计次数法质量性状数量化常采用统计次数法，所谓统计次数法是指在一定的总体或样本中，根据某一质量性状的类别统计其个体数。这种由质量性状数量化得来的资料又叫次数资料。二、质量性状资料（二）质量性状数量化的方法２.评分法：对某一质量性状，因其类别不同分别给予评分以便统计分析。例如研究绵羊的油汗色泽遗传时，可将５种油汗色泽分别给予不同的分数：深黄１分、黄色２分、浅黄３分、乳白４分、白色５分。二、质量性状资料三、半定量（等级）资料（一）概念半定量或等级资料是指将观察单位按所考察的性状或指标的等级顺序分组（三组以上），然后清点各组观察单位的次数而得的资料。（二）特点这类资料既有次数资料的特点，又有程度或量的不同。如粪便潜血试验的阳性反应是在涂有粪便的棉签上加试剂后观察颜色出现的快慢及深浅程度分为六个等级；又如用某种药物治疗畜禽的某种疾病，疗效分为“无效”、“好转”、“显效”和“控制”四个级别；然后统计各级别的供试畜禽数。半定量资料在兽医研究中是常见的。三、半定量（等级）资料资料搜集与整理•统计工作一般分为三个步骤：收集资料、整理资料和分析资料。•搜集资料（数据）是进行统计工作的第一步也是最重要的一步。如果搜集数据的计划不周密，原始记录不正确，往往会造成整理、分析的困难，甚至得出错误的结论，而这些缺点难以在以后的两个步骤中补救的。在搜集资料时，应注意如下几点：•１.要有目的性•２.要有代表性•３.样本含量要恰当资料整理的内容在调查或试验中所得到的大量数据是分散的数据。要了解事物总的特征和发展情况，必须对这些数据进行科学的分组归纳，使数据系统化，便于进一步统计分析以及反映被研究事物的规律性，这个过程