【原创】浅谈正交试验设计

今天没有开场白，直奔主题，谈谈正交试验设计。在解释正交试验设计之前，你要先理解试验设计的概念。

按照因循守旧、行之有效的惯例，先说定义：

试验设计(Design Of Experiment) ：主动控制因变量的变化，评估自变量对因变量的影响程度。

因变量（Response）：试验输出的结果。

因素（Factor）: 试验过程中的不同输入变量如压力、转速等。

水平（Level）: 试验中对因子的不同设定值如压力：10Pa、20Pa、30Pa等。

在进行制药工艺设计时，试验设计的作用：

1.找出关键工艺参数。

2.确定关键工艺参数设定值和取值范围。

3.找出非关键工艺参数。

4.发现低成本的解决方案。

试验设计纷繁复杂，哥这里是介绍典型的三个试验方法，分别是一次一因素试验、全阶乘因素试验、正交试验设计。花开三朵，一个一个摧残。

第一朵

一次一因素试验：指其它因子保持固定，然后每次改变一个条件，将相邻的两次实验结果进行比较，以估计两个条件的效果差异。

特点：该方法效率低，且不能发现各因素之间的组合效果。

第二朵

全阶乘因素试验：指所有因子所有水平的所有组合都至少进行一次试验。

特点：包含所有交互作用的信息。一般因素数≤4时才用全阶乘实验设计。增加一个水平要大幅度增加实验次数，效率低。

第三朵

注意，睡觉的醒醒，擦亮眼睛，主角登场了。

正交试验设计(Orthogonal experimental design)：是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验。

特点：代表性的点具备“均匀分散，齐整可比”的特点，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。总之，就是高富帅、纯男神、屌爆了的节奏，绞尽脑汁、硬着头皮也要用这个提高逼格，用了就开启360度装逼无死角光环，可以与老师正面硬刚一波。

正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交试验表。

正交试验表有专门的算法，对各位童鞋来说，不必深究，拿来主义，直接用。至于表格来源那是统计学家的事情，你不用管。

正交试验表的符号表示如下图，没啥可说的，记住就行了。

举例正交试验表如下，先混个脸熟

3列表示3个因素，A、B、C。

4行表示不同因素水平的组合。

1和2表示各因子的两种水平。

L4（23）按照全阶乘因素试验需要做2*2*2=8次，而用正交试验只需要做4次。效率提高了，试验效果会不会变差？不用担心，统计专家做了大量分析和试验，事实证明，效果不会有显著性差异。

下面我们说说正交试验设计怎么用？库里哥不举工艺设计的例子，举一个简单易懂，又是库里哥擅长领域的例子。

通过正交试验设计并试验，根据数据评估谁是勇士队取胜最重要的球员，用试验数据说话，证明库里哥不是靠脸吸女粉的，而是靠实力成为巨星的。

试验设计思路如下：

勇士队比较重要的基石球员，球迷公认的球星库里（萌神）、汤姆森（汤神）、格林是球队取胜的三个因素，定为试验的三个因素。

受心理、体能等因素的影响，球员在主客场比赛的表现差异很大，将主场、客场定为试验的两个水平。

设计正交试验表格如下：

统计并记录三个球员同时在场上时球队的净胜分，每次试验统计三个时间段的数据。

收集到足够的数据后就可以拿来说明问题了，库里哥认为通过数据分析计算可以回答以下三个问题：

1.推断以上三名球员中，哪一个球员对球队比赛获胜的贡献最大。

2.评估三名球员在主场和客场比赛的竞技水平是否有显著性差异。

3.评估三名球员之间的交互作用，篮球术语叫“化学反应”。

得出结论后，勇士队教练就可以运筹帷幄，决胜于千里之外了。