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饱和设计中,试验次数等于模型项的个数。在超饱和设计中,模型项数超过了试验次数 (Lin, 1993)。超饱和设计可使用比因子数一半还少的试验次数来检查几十个因子。于是在因子数众多而试验成本高昂的情况下,超饱和设计便成了颇具吸引力的因子筛选选择。
若实验中的活跃因子个数超过了试验次数的一半,则这些因子可能无法识别。一般规则是:试验次数应至少是活跃因子个数的四倍之多。换言之:若您预计活跃因子可能多达五个,那么应计划执行至少 20 次试验。
超饱和设计分析目前尚无法简化为自动过程。不过,使用前向逐步回归较为合理。此外,“筛选”平台(分析 > 专业建模 > 专业实验设计模型 > 拟合两水平筛选)提供简化分析。
1.
选择实验设计 > 定制设计
2.
添加因子数旁边键入 12。
3.
点击添加因子 > 连续
4.
点击继续
6.
点击任意效应旁边的必需,将其更改为若可能
将效应设置为若可能可确保 JMP 使用 Bayes D 最优性准则获取设计。
图 5.12 因子、模型和试验次数
注意:第 9 步中设置“随机种子”,在第 10 步中设置“开始数”,这将会重现本例中显示的设计。自行构造设计时,这些步骤不是必需的。
9.
(可选)从“定制设计”红色小三角菜单中,选择设置随机种子,键入 1008705125,然后点击确定
10.
(可选)从“定制设计”红色小三角菜单中,选择开始数,键入 100,然后点击确定
11.
点击制作设计
12.
点击制表
设计表(图 5.13)和“模拟响应”窗口(图 5.14)随即显示。
图 5.13 包含模拟响应的设计表
响应列 YY 模拟的初始值具有相同的模拟值。这些值是来自 N(0, s) 分布 的随机值。其中,s 是来自功效分析对话框的 RMSE,默认值为 1。Y 模拟值随着使用“模拟响应”窗口中的参数值定义的模型随机生成的值而更新。Y 列专用于运行实验后的真实响应。
图 5.14 “模拟响应”窗口
“模拟响应”窗口显示所有项的系数均为 0,分布选择为“正态”,“误差 σ”为 1。YY 模拟列中的值当前仅反映随机变异。请注意:模型系数设置为 0,因为并不是所有系数都可估计。
图 5.15 模拟响应的参数值
14.
点击应用
Y 模拟列中的响应值随即更改。请参见图 5.16
注意:响应值随机生成。您的值不会与图 5.16中的值精确匹配。
图 5.16 X1 和 X11 活跃时的 Y 模拟响应列
在您的模拟中,您将 X1X11 指定为活跃因子;相对于误差变异,这两个因子的效应较大。出于此原因,您在分析数据时应将这两个因子标识为活跃因子。
“筛选”平台提供了用于标识活跃因子的方法。图 5.16中的设计表包含三个脚本。“筛选”脚本使用“筛选”平台(位于分析 > 专业建模 > 专业实验设计模型 > 拟合两水平筛选菜单下)分析数据。
1.
在设计表的“表”面板中,点击筛选脚本旁边的绿色小三角。
图 5.17 超饱和设计的筛选报表
因子 X1X11 具有较大的对比以及 Lenth t 比值。此外,这两个因子的“联合 p 值”较小。在半正态图中,X1X11 均落在距离线条较远的位置。“对比”报表和“半正态图”报表指示 X1 X11 是活跃的。尽管 X12 的“个体 p 值”小于 0.05,但其效应比 X1X11 的效应小得多。
由于设计超饱和,p 值可能比所有效应都可估计的模型中的 p 值要小。这是因为效应估计值因其他可能活跃的主效应产生偏倚。在图 5.17中,“构建模型”按钮正上方的注释提醒您这一可能性。
2.
点击构建模型
图 5.18 模型的参数估计值
请注意,X11 X1 的参数估计值接近您用来模拟模型的理论值。请参见图 5.15,您在该窗口中指定了模型的 X1 = 10,X11 = 10。因子 X12 的显著性是假阳性的一个示例。
4.
在“定制设计”窗口中,打开设计评估 > 相关性色图分级显示项。
图 5.19 “相关性色图”分级显示项
将您的鼠标指针置于单元格上方可查看绝对相关性。请注意,X1 与其他主效应(X4X5X7)的相关性高达 0.5。(图 5.19使用 JMP 默认颜色。)
逐步回归是另一种标识活跃因子的方式。图 5.16中的设计表包含三个脚本。“模型”脚本使用“拟合模型”平台中的逐步回归分析数据。
1.
在设计表的“表”面板中,点击模型脚本旁边的绿色小三角。
2.
特质标准最小二乘改为逐步
3.
点击运行
4.
在“Y 的逐步拟合”报表中,将停止规则改为最小 AICc
5.
点击执行
图 5.20 超饱和设计的逐步回归
图 5.20显示选定模型包含两个活跃因子:X1X11。步进历史记录显示在报表的底部。请记住,X1X11 与其他因子的相关性可能掩盖其他活跃因子的效应。请参见图 5.19