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均衡設(shè)計(jì)在心理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究
摘要：均衡設(shè)計(jì)起初廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)值的統(tǒng)計(jì)分析，后來(lái)拓展到了自然科學(xué)的各個(gè)方面，本文介紹了具備、均勻設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及心理學(xué)科實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理要求，將均衡設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，研究心理學(xué)的一些問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：均衡設(shè)計(jì)、心理實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理
前言：
均衡設(shè)計(jì)是一種由數(shù)學(xué)家王元、方開(kāi)泰在1979年提出的一種新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法保留并提高了正交設(shè)計(jì)的均勻分散性實(shí)驗(yàn)次數(shù)等于處理水平數(shù)據(jù)均勻設(shè)計(jì)包括選擇均與設(shè)計(jì)等，適用于探索性試驗(yàn)，特別適合與多個(gè)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(yùn)用到心理實(shí)驗(yàn)的研究中。
一、從大與小池塘問(wèn)題到均勻設(shè)計(jì)
心理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單因素到多因素，反映了心理學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步歷程和心理科學(xué)的發(fā)展多因素多水品實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)處理組處理會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)因素與水平的增加而急劇增加。心理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以容納如此多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理組。如果把實(shí)驗(yàn)處理比作魚(yú)，把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比作池塘的話，很容易發(fā)發(fā)現(xiàn)魚(yú)太大而池塘太小，試驗(yàn)中出現(xiàn)著這種現(xiàn)象課稱(chēng)為大與小池塘問(wèn)題。伴隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)到正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)再到均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)等階段。
全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理組介數(shù)最多，涵蓋了所有可能的組介數(shù)，全面試驗(yàn)及難以實(shí)現(xiàn)花費(fèi)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(jìn)行試驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是這樣一種方式其中具體方法這里就不再贅述，正交實(shí)研究室一種有效的挑選試驗(yàn)處理的方法。與全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)相比，正交處理組介大大減少。
目前，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)已被引入到心理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中，并取得了一定的成果，在這些采取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中處理數(shù)組至少都有七個(gè)以上甚至更多，要是引用全面設(shè)計(jì)來(lái)研究這些心理實(shí)驗(yàn)大量的數(shù)組就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)組奔潰根本無(wú)法實(shí)施。二孫翔、陳一聞在2005年云云正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了消費(fèi)者的消費(fèi)觀是運(yùn)用正交數(shù)組處理方法，一次處理了上百個(gè)實(shí)驗(yàn)組介顯示出了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在心理學(xué)研究領(lǐng)域的強(qiáng)大功效。雖然迄今為止鮮有運(yùn)用均用設(shè)計(jì)驚醒心理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的案例，但軍訓(xùn)設(shè)計(jì)這一方法定會(huì)在不久的將來(lái)大局廣泛得多運(yùn)用到心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，目前以均勻設(shè)計(jì)為題討論性理學(xué)的文獻(xiàn)較少，但均勻設(shè)計(jì)這一方法已被部分學(xué)者運(yùn)用到性理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的組介處理中了，心理學(xué)在均勻設(shè)計(jì)方面的首次案例是1989年蔣生，陳瑞證明了均勻設(shè)計(jì)適合于在心理學(xué)而方面的研究。在1980年方開(kāi)泰發(fā)表了第一篇均勻設(shè)計(jì)的論文之后，均勻設(shè)計(jì)本身的理論又有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。如今已被業(yè)內(nèi)多研究領(lǐng)域所采用化學(xué)工程、航班運(yùn)籌、工業(yè)制造等哥哥領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，取得了令人矚目的成績(jī)。隨著心理學(xué)問(wèn)題復(fù)雜性日益增加，我們繼續(xù)從方法論的角度思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)布置，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)要求。從這個(gè)角度來(lái)講均勻設(shè)計(jì)無(wú)疑是給心理實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。并給心理實(shí)驗(yàn)提供的新的方法與視野優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。
二、均衡設(shè)計(jì)在心理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
均衡設(shè)計(jì)是我國(guó)數(shù)學(xué)及方泰在1978年提出的，其基本思想是在試驗(yàn)范圍內(nèi)選出具有代表性的實(shí)驗(yàn)數(shù)組，并盡可能多的攜帶實(shí)驗(yàn)信息，均勻設(shè)計(jì)運(yùn)用數(shù)輪的方法是試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)進(jìn)行均勻分散，并且考慮到整齊可比，所以使得實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確反映實(shí)驗(yàn)內(nèi)部規(guī)律時(shí)，使得試驗(yàn)次數(shù)大大減少。
均勻設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有：每個(gè)因素在每個(gè)實(shí)驗(yàn)水品僅做一次實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)次數(shù)按水平數(shù)的增加量呈算數(shù)型增長(zhǎng)，所以實(shí)驗(yàn)因素較多的情況下運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)的方法對(duì)于實(shí)驗(yàn)的實(shí)施更為有利，在運(yùn)用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)是要運(yùn)到均勻設(shè)計(jì)表及配套的使用表，均勻設(shè)計(jì)表及配套的使用表由數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)家編制由于均與設(shè)計(jì)表由兩行兩列組成的實(shí)驗(yàn)方案表，并小范圍矯正設(shè)計(jì)表，因此需要配套的使用表。使用配套表給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)組介代表新的數(shù)據(jù)估量,以偏差值衡量，同時(shí)也規(guī)定了我們應(yīng)選擇那些均勻設(shè)計(jì)表。而非方差分析模型下達(dá)到最優(yōu)。
均勻設(shè)計(jì)最電信發(fā)的使用領(lǐng)域是因素?cái)?shù)目多伊蘇水平多的領(lǐng)域，并適用于實(shí)驗(yàn)周期場(chǎng)費(fèi)用高的實(shí)驗(yàn)。比如在1978年，一期部在研究巡航導(dǎo)彈是曾提出五個(gè)因素，二每個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)水平熟都大于10，而且要求試驗(yàn)次數(shù)小于50次，這用正交設(shè)計(jì)根本實(shí)現(xiàn)不了，需要用到均用設(shè)計(jì)。均勻設(shè)計(jì)主要可以用到以下幾個(gè)類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)，探索性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)初期，可以用均勻設(shè)計(jì)來(lái)探索實(shí)驗(yàn)已決定哪些關(guān)鍵因素可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，因素水平范圍去多大。，從多水平凡未經(jīng)實(shí)施延運(yùn)用均與設(shè)計(jì)可以明顯的減少單因素實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的誤差，和實(shí)驗(yàn)組數(shù)；可以很快的偵測(cè)出多個(gè)因素之間的交互作用，交互作用是多因素試驗(yàn)中關(guān)注的的焦點(diǎn)，全面試驗(yàn)需要探查所有的情況后才能探明交互作用，正交設(shè)計(jì)由于其整齊可比的特性，搞得任然是實(shí)驗(yàn)因素橫多讓實(shí)驗(yàn)者忙與奔波。均勻設(shè)計(jì)就無(wú)需如此。求取變量間的最佳組介關(guān)系，例如研究消費(fèi)行為研究設(shè)計(jì)上百個(gè)品牌屬性，消費(fèi)維介多則上千少則幾百，這類(lèi)研究運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)可使工作量大大減少，而又不失實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，還有一種特殊情況及需要考察實(shí)驗(yàn)順序又需要測(cè)試被試差異等的影響，在傳統(tǒng)心里是嚴(yán)厲常常運(yùn)用拉丁方設(shè)計(jì)但是一旦數(shù)據(jù)組介過(guò)多，這種傳統(tǒng)方法就難以勝任，這時(shí)就可已運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)，以擴(kuò)展對(duì)實(shí)驗(yàn)處理的容量。
在設(shè)計(jì)均勻?qū)嶒?yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)因素樹(shù)木以及水平數(shù)現(xiàn)則相應(yīng)的均勻設(shè)計(jì)表，如何過(guò)水平因素熟為5則選擇五水品均勻設(shè)計(jì)表，就可以考察四個(gè)水平因素?cái)?shù)與其中一個(gè)因素的交互作用，給誤差留下足夠的自由度。對(duì)于均勻設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)采取回歸分析方法進(jìn)行分析。通過(guò)分析，可以建立線性回歸模型或者二次回歸模型來(lái)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
二、均勻設(shè)計(jì)心理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
均勻設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是所需試驗(yàn)次數(shù)少，但該方法的局限以及心理實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特性決定了該方法只能在一定范圍內(nèi)使用它，在實(shí)際應(yīng)用中還需要注意以下的幾個(gè)問(wèn)題。首先實(shí)驗(yàn)處理組介并不是越少越好，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)組介的減少有可能會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此在線率和和精度之間應(yīng)勸和利弊學(xué)則合適的實(shí)驗(yàn)組介數(shù)，在處理探索性試驗(yàn)是可以忽略小精度型音箱，但在正式試驗(yàn)中就該考慮到精確性。其次是均勻設(shè)計(jì)沒(méi)有全面設(shè)計(jì)所擁有的穩(wěn)定性，因此要對(duì)于這個(gè)問(wèn)題優(yōu)化，就要選擇較大的均勻設(shè)計(jì)表，重復(fù)試驗(yàn)處理。方開(kāi)泰建議最好讓實(shí)驗(yàn)自由度大于五。二是分布式鹽先用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探明所關(guān)心的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組介間的交互作用，讓后再有針對(duì)性的精心全面試驗(yàn)。第三均勻設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)時(shí)與處理連續(xù)變量相比，其選擇均勻設(shè)計(jì)表的步驟是一樣的，不同之處是在于縫隙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)階段。第四，關(guān)于均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之所以能提高實(shí)驗(yàn)效率是因?yàn)楸澈笥刑囟ǖ臄?shù)學(xué)模型分析支持，以試驗(yàn)達(dá)到最優(yōu)，均勻設(shè)計(jì)則是在穩(wěn)定的回歸模型下達(dá)到最優(yōu)，而正交設(shè)計(jì)則是在特點(diǎn)的方差模型下分析處理的，前面已經(jīng)敘述過(guò)，在均勻設(shè)計(jì)中實(shí)驗(yàn)組介數(shù)少于五其實(shí)就是拉丁方設(shè)計(jì)，此時(shí)可以重復(fù)測(cè)量方差分析。由于方差分析師回歸模型的一個(gè)特例，因此拉丁實(shí)驗(yàn)也可以回歸模型加以分析。擔(dān)當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大于五時(shí)所得數(shù)據(jù)需用RS model，需要注意的是，在處理數(shù)據(jù)時(shí)候采用合適的數(shù)據(jù)回歸模型非常重要。
結(jié)束語(yǔ)：
心理學(xué)發(fā)展中的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)著心理研究的方法學(xué)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(shuō)明心理治療的療效提出了元素分析法都充分說(shuō)明這一點(diǎn)。隨著心理學(xué)研究的越來(lái)越深入對(duì)研究方法學(xué)提出了巨大的挑戰(zhàn)，因此不管是從心理學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)需求來(lái)看還是從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)在邏輯型來(lái)看討論均勻設(shè)計(jì)也是非常必要的。
均勻設(shè)計(jì)是一種由深厚的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法，在各個(gè)領(lǐng)域都已廣泛應(yīng)用，因此進(jìn)一步探索均勻設(shè)計(jì)在心理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，仍是今后研究的一大課題。
參考文獻(xiàn)：
[1]方開(kāi)泰、馬長(zhǎng)興，正交與均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì).北京科學(xué)出版社.2001.
[2]柳學(xué)志，多種因素對(duì)時(shí)間的影響.心理學(xué)報(bào).2006.
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