- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии Федеральное агентство по образованию
- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии
- •Введение
- •1. Накопление и обработка научно-технической информации
- •1.1. Научные произведения и их особенности
- •1.2. Государственная система научно-технической информации
- •1.3. Работа с литературой
- •1.4. Патентная информация и ее особенности
- •1.5. Рекомендации по оформлению библиографического описания
- •1.6. Рекомендуемые научно-технические издания
- •1.6.1. Издания для технологов пищевых производств
- •1.6.2. Издания для работников хлебопекарного производства
- •1.7. Система технологической документации в пищевой промышленности
- •1.8. Виды технологических документов
- •2. Организация самостоятельной и научно-исследовательской работы студентов
- •2.1. Основы организации самостоятельной работы
- •2.1.1. Уровни самостоятельной работы
- •2.1.2. Виды самостоятельной работы
- •2.1.3. Элементы и виды деятельности при самостоятельной работе
- •2.2. Классификация и организация научно-исследовательской работы
- •2.2.1. Проблема, научное направление и тема нир
- •2.2.2. Классификация и основные стадии нир
- •2.2.3. Основные этапы выполнения нир
- •2.2.4. Уровни внедрения результатов нир
- •2.2.5. Общие требования к отчету по нир
- •2.2.6. Основные стадии нир
- •2.2.7. Организация экспериментального исследования
- •2.2.8. Выбор темы исследования
- •2.2.9. Выбор и описание методики эксперимента
- •2.2.10. Составление рабочего плана исследования и подготовка материальной базы для его проведения
- •2.2.11. Проведение исследования
- •2.2.12. Обработка результатов исследования
- •Изменение химического состава масла в зависимости от времени года
- •3. Cтатистическая обработка результатов научно-исследовательской работы
- •3.1. Ошибки эксперимента
- •3.2. Предварительная обработка результатов эксперимента
- •3.3. Среднеарифметическая величина Среднеквадратичное отклонение
- •3.4. Оценка достоверности разницы между средними арифметическими величинами двух выборочных совокупностей
- •3.5. Определение количества опытов, необходимых для получения результатов с заданной степенью точности
- •3.6. Расчет относительной погрешности любого метода при количественном определении вещества
- •4. Методы математического планирования эксперимента
- •4.1. Анализ результатов экспериментов
- •4.2. Постановка задачи оптимизации
- •4.3. Общие приемы поиска оптимального значения критерия оптимизации
- •4.4. Способы решения задачи оптимизации
- •4.5. Метод Бокса
- •4.5.1. Схема планирования эксперимента
- •Матрица планирования для двух факторов на двух уровнях
- •Матрица планирования для трех факторов на двух уровнях
- •Матрица планирования для четырех факторов на двух уровнях
- •Расширенная таблица для пяти факторов на двух уровнях
- •4.5.2. Метод крутого восхождения
- •4.5.3. Полный факторный эксперимент
- •Матрица планирования эксперимента для описания двухфакторного процесса с учетом межфакторных взаимодействий
- •Матрица планирования эксперимента для описания трехфакторного процесса с учетом всех межфакторных взаимодействий
- •Матрица планирования эксперимента для описания четырехфакторного процесса неполным квадратным уравнением
- •5. Применение математических методов планирования экспериментов при решении задач оптимизации процессов получения пива и выращивания хлебопекарных дрожжей
- •5.1. Оптимизация процесса приготовления пивного сусла
- •План опыта в натуральных и кодированных единицах значений факторов
- •Определение построчных дисперсий
- •Определение квадрата отклонений средних значений, полученных в опыте и определенных по уравнению линейного приближения
- •5.2. Оптимизация питательной среды культивирования пекарских дрожжей
- •План опыта и результаты, полученные при его реализации
- •Определение построчных дисперсий
- •Определение квадрата отклонений средних значений, полученных в опыте и рассчитанных по уравнению (5.4)
- •6. Применение метода крутого восхождения
- •План опыта для четырех факторов на двух уровнях
- •Исходные данные для составления программы крутого восхождения
- •Программа крутого восхождения
- •7. Нахождение оптимальных параметров с помощью эвм
- •7.1. Пример оптимизации процесса приготовления пивного сусла
- •Матрица экспериментальных данных
- •7.2. Пример оптимизации использования питательной среды при культивировании пекарских дрожжей
- •Матрица экспериментальных данных
- •8. Аппроксимация экспериментальных данных
- •Результаты измерений
- •Список литературы
- •Приложения
- •Критерии для исключения выскакивающих значений
- •Критерий Стьюдента для оценки значимости коэффициентов регрессии
- •Значения критерия Фишера для 5 %-го уровня значимости
- •Содержание
- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии
Матрица планирования эксперимента для описания двухфакторного процесса с учетом межфакторных взаимодействий
u |
x1 |
x2 |
x1x2 |
|
1 |
– |
– |
+ |
|
2 |
+ |
– |
– |
|
3 |
– |
+ |
– |
|
4 |
+ |
+ |
+ |
Таблица 4.6
Матрица планирования эксперимента для описания трехфакторного процесса с учетом всех межфакторных взаимодействий
u |
x1 |
x2 |
x3 |
x1x2 |
x2x3 |
x1x3 |
x1x2x3 |
1 |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
2 |
+ |
– |
– |
– |
+ |
– |
+ |
3 |
– |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
4 |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
– |
5 |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
6 |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
7 |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
8 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
По плану, приведенному в табл. 4.7, можно описать четырехфакторный процесс неполным квадратичным уравнением
y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b12x1x2 + b13x1x3 + b14x1x4 +
+ b23x2x3 + b24x2x4 + b34x3x4. (4.29)
В матрицах (см. табл. 4.5–4.7) столбцы x1, x2, x3, x4 образуют собственно план эксперимента, определяя уровни факторов в конкретных опытах. Столбцы x1x2, x1x3, x2x3 и т. д. имеют вспомогательное значение при расчетах коэффициентов регрессии bi j, которые осуществляют по формулам
; (4.30)
, (4.31)
где xiu, xju, xku – значения переменной в соответствующем столбце матрицы для планирования; – среднее значение параметра оптимизации.
Таблица 4.7
Матрица планирования эксперимента для описания четырехфакторного процесса неполным квадратным уравнением
u |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x1x2 |
x1x3 |
x1x4 |
x2x3 |
x2x4 |
x3x4 |
1 |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
2 |
+ |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
3 |
– |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
4 |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
– |
– |
– |
– |
+ |
5 |
– |
– |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
6 |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
7 |
– |
+ |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
8 |
+ |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
9 |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
– |
10 |
+ |
– |
– |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
11 |
– |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
– |
12 |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
– |
13 |
– |
– |
– |
+ |
+ |
– |
– |
– |
– |
+ |
14 |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
15 |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
16 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |