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发布日期: 11/15/2021

D 最优和 I 最优响应曲面设计的比较

在本例中,您将要探索在双因子响应曲面设计的情形下 I 最优性与 D 最优性之间的区别。

I 最优设计

1. 选择实验设计 > 定制设计

2. 添加因子数旁边键入 2。

3. 点击添加因子 > 连续

4. 点击继续

5. 点击 RSM

X1X2 的二次项和交互作用项随即添加至模型。由于已经添加了 RSM 项,“推荐”最优性准则将从 D 最优改为 I 最优。稍后您将在“设计诊断”分级显示项中看到这一变化。

注意:第 6 步中设置“随机种子”,在第 7 步中设置“开始数”,这将会重现本例中显示的确切结果。自行构造设计时,这些步骤不是必需的。

6. (可选)点击“定制设计”红色小三角,选择设置随机种子,键入 383570403,然后点击确定

7. (可选)点击“定制设计”红色小三角,选择开始数,键入 8,然后点击确定

8. 点击制作设计

图 5.40 I 最优设计 

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在该 I 最优设计中,试验 1、4、7 和 10 位于中心点(X1 = 0 且 X2 = 0)。与 D 最优设计相比,I 最优设计往往会在设计空间的中心放置较多的试验(因而在极点放置较少的试验)。您可以将该设计与图 5.42 所示的 D 最优设计加以比较。

9. 打开设计评估 > 预测方差刻画分级显示项。

图 5.41 I 最优模型的预测方差刻画 

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期望响应的相对预测方差在设计空间的中心最小。

10. 打开设计空间比例图分级显示项。

“设计空间比例图”显示在图 5.44 的左侧。当“空间比例”为 0.95 时,蓝色曲线的垂直坐标约为 0.5。这意味着对于大约 95% 的设计空间,相对预测方差低于误差方差的 50%。

该“定制设计”窗口包含您的 I 最优设计。请让该窗口保持打开状态。在下一节中,您将生成一个 D 最优设计,并对这两个设计加以比较。

D 最优设计

要对 I 最优设计和 D 最优设计的“预测方差刻画”和“设计空间比例图”加以比较,请执行以下步骤:

1. 在包含您的 I 最优设计的“定制设计”窗口中,点击“定制设计”红色小三角并选择将脚本保存至脚本窗口

随即显示一个窗口,显示可重现您的工作的脚本。

2. 在这个新脚本窗口中,选择编辑 > 运行脚本

随即显示一个重复的“定制设计”窗口,但其中的“设计评估”分级显示项已关闭。

3. 在这个新的定制设计窗口中,点击后退

4. 点击“定制设计”红色小三角并选择最优性准则 > 制作 D 最优设计

5. (可选)点击“定制设计”红色小三角,选择设置随机种子,键入 383570403,然后点击确定

6. 点击制作设计

您当前的“定制设计”窗口包含 D 最优设计。

图 5.42 D 最优设计 

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在该 D 最优设计中,试验 1 是唯一位于中心点的试验。与 I 最优设计相比,D 最优设计往往会在设计空间的极点放置较多试验。回想一下,I 最优设计有四次中心试验(图 5.40)。

7. 打开设计评估 > 预测方差刻画分级显示项。

图 5.43 D 最优模型的预测方差刻画 

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在设计区域的中心,相对预测方差为 0.53562,而不是 I 最优设计中的 0.208333(图 5.41)。这意味着相对标准误差对于 D 最优设计为 0.732,对于 I 最优设计为 0.456。若其他所有值都相同,在设计区域的中心,基于 D 最优设计的期望响应的置信区间比基于 I 最优设计的期望响应的置信区间宽大约 60%。

“设计”分级显示项显示 D 最优设计有九个设计点,X1X2 设置为 -1、0、1 时的每种组合都对应一个设计点。D 最优性准则尝试在以上每一个设计点保持相对预测方差较低。通过将 X1X2 的滑块移至 -1 和 1 来探索设计区域极点处的方差。请注意,这些极点处的方差通常小于 I 最优设计中这些点处的方差。

8. 打开设计评估 > 设计空间比例图分级显示项。

“设计空间比例图”显示在图 5.44 的右侧。

图 5.44 设计空间比例图(左侧为 I 最优,右侧为 D 最优) 

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每个图中的红色十字准线指示 50% 的设计空间的最大预测方差。对于 50% 的设计空间,I 最优设计的预测方差落在大约 0.27 以下。对于 D 最优设计,预测方差约为 0.4。

9. 在 I 最优设计的“设计空间比例图”中右击。选择编辑 > 复制框架内容

10. 在 D 最优设计的“设计空间比例图”中右击。选择编辑 > 粘贴框架内容

图 5.45 叠加的两个设计空间比例图 

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在至少 90% 的设计空间内,I 最优设计的方差曲线都位于 D 最优设计的曲线下方。这反映出这样的事实:I 最优设计尝试在整个设计空间内最小化预测方差。相比之下,D 最优设计则侧重于在设计点处减小预测方差。

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