Kontrolinės sąlygos, aklinimas ir eksperimentų planavimas

Apibrėžkite palyginimą prieš rinkdami rodmenis

Eksperimento metu sąmoningai keičiamas veiksnys ir stebimas atsakas. Veiksnys yra tai, kieno nustatymai lyginami; atsakas yra registruojamas dydis. Eksperimento plane nurodoma, kokie nustatymai naudojami, kokia seka, kokia matavimo procedūra ir kokia analizė taikoma. Pirmiausia užrašykite klausimą.

Čia keliamas klausimas, ar pakeitus vieną nurodytą nustatymą iš konfigūracijos A į konfigūraciją B pasikeičia įtampos rodmuo. A yra kontrolinė sąlyga: palyginimui pasirinkta atskaitos konfigūracija. B yra bandomoji sąlyga. Nekeiskite pateikto įtampos šaltinio, jungčių, rodmenų nuskaitymo procedūros ir kitų nurodytų nustatymų. Kontrolinis rodmuo nebūtinai turi būti tiksliai žinoma tikroji vertė ar turėti nulinę neapibrėžtį.

Visi toliau pateikti skaitiniai rodmenys sugeneruoti naudojant originalų tikslų mokomąjį modelį. Tai nėra laboratorinių stebėjimų rezultatai ar duomenys, pagrindžiantys realaus prietaiso veikimą. Konfigūracijos poveikis reiškia rodmens pokytį šiame modelyje, o ne būtinai šaltinio įtampos pokytį. Realiam priežastiniam aiškinimui reikia tinkamų matavimo duomenų ir eksperimento plano, leidžiančio pagrįsti numatytą palyginimą.

Nustatykite nepageidaujamus pokyčius ir veiksnių poveikių susipynimą

Pašalinis veiksnys gali pakeisti atsaką, nors jis nėra tiriamasis veiksnys. Naudojant konkretų aparatą, gali būti svarbi laiko seka, temperatūra ar kitas operatorius. Veiksnių poveikiai susipina, kai lyginant tiriamojo veiksnio poveikis susimaišo su kita įtaka, todėl pateiktas skirtumas neleidžia atskirti jų indėlių. Svarbias sąlygas kontroliuokite arba registruokite; vien tai, kad konfigūracija vadinama kontroline, nepašalina visų pašalinių veiksnių įtakos.

Nurodykite keturias vienodais laiko tarpais išdėstytas chronologines pozicijas j = 1, 2, 3, 4. Indeksas j yra bedimensis; jis nėra laikas sekundėmis. Tegul A atveju bⱼ = 0, o B atveju bⱼ = 1. Pateikite rodmenų modelį rⱼ = β + δbⱼ + dj + εⱼ, kuriame β = 100 mV, δ = 2 mV ir d = 1 mV. Čia β yra bazinis lygis, δ – pastovus pokytis B minus A, dj – bendras tiesinis dreifas pagal pozicijos indeksą, o εⱼ – papildomas indėlis. Vienas milivoltas yra 0.001 V; kiekvienas dėmuo yra įtampa.

Modelis taikomas tik šioms keturioms pozicijoms ir leistinoms konfigūracijoms. Jame daroma prielaida, kad β, δ ir d visose pozicijose yra vienodi, poveikiai sumuojasi ir nėra priklausomybės nuo ankstesnės konfigūracijos. Tokia priklausomybė vadinama liekamuoju poveikiu. Iš pradžių kiekvienam εⱼ priskirkite 0 mV.

Apibrėžkite rezultatą su ženklu ir jo vienetą

Naudokite du A rodmenis ir du B rodmenis. Jų aritmetiniai vidurkiai gaunami dviejų rodmenų sumą padalijus iš dviejų. Apibrėžkite rezultatą D = mean_B(r) − mean_A(r); teigiamas D reiškia, kad B vidurkis yra didesnis. D yra įtampa, nes vidurkiai ir jų skirtumas išlaiko rodmens vienetą.

Atskirai apskaičiavus pateiktos lygties vidurkius A ir B atvejais, gaunama D = δ + d[mean_B(j) − mean_A(j)] + mean_B(ε) − mean_A(ε). Bendras bazinis lygis β panaikinamas. Indeksų vidurkių skirtumas yra bedimensis, todėl jo sandauga su d yra įtampa. Ši tapatybė tiksliai parodo, ką šiame modelyje apima neapdorotas skirtumas.

Jei visi A rodmenys gaunami pradžioje, o visi B rodmenys – pabaigoje, dreifo dėmuo gali patekti į D. Tuomet vien neapdorotas skirtumas neleidžia atskirti δ, kai dreifo indėlis nežinomas. Kiti analizės būdai galėtų remtis papildoma informacija arba prielaidomis apie dreifą; mūsų skaičiavimas nereiškia, kad šio pateikto modelio pritaikyti neįmanoma. Kitoje pamokoje „Regresija, parametrų įvertinimas ir modelio parinkimas“ plėtojamos tolesnės analizės priemonės.

Subalansuokite eiliškumą ir lyginkite blokų viduje

Fiksuotoje ABBA sekoje A užima 1 ir 4 pozicijas, o B – 2 ir 3 pozicijas. Abiejų vidutiniai indeksai lygūs 2.5. Todėl pateiktame modelyje bendro tiesinio dreifo indėlis į D panaikinamas. Tai subalansuotas eiliškumas: toks išdėstymas atsveria būtent šią eiliškumo įtaką. Šis eiliškumas pasirinktas sąmoningai, o ne nustatytas atsitiktinai.

Sudarant blokus, į grupes sujungiami bandymai, kuriems būdinga ta pati žinoma trikdanti sąlyga, o numatyti nustatymai lyginami šių grupių viduje. Kiekvienoje iš mūsų dviejų iš eilės einančių porų yra po vieną A ir vieną B. Papildomas pastovus poslinkis, bendras abiem poros rodmenims, panaikinamas skaičiuojant tos poros skirtumą B minus A. Dreifas poros viduje vis tiek turi reikšmės.

Pirmosios AB poros skirtumas yra 3 mV, o po jos einančios BA poros – 1 mV. Jų vidurkis su vienodais svoriais yra 2 mV, nes tiesinio dreifo indėliai yra priešingų ženklų. Netiesinio dreifo, liekamojo poveikio ar nuo konfigūracijos priklausančio trikdančio veiksnio indėliai nebūtinai panaikinami. Blokus ir leistinus eiliškumus pasirinkite pagal konkrečią aparatūrą; šie skaičiavimai negarantuoja rezultato bet kokiomis sąlygomis.

Atsitiktinai paskirstykite pagal nurodytą mechanizmą

Atsitiktinis paskirstymas remiasi atsitiktinumo mechanizmu, pagal kurį leistinos konfigūracijos ar bandymų eiliškumai parenkami prieš stebint jų rezultatus. Nurodykite šį mechanizmą. Tai nėra tas pats, kas reprezentatyvios imties atranka iš platesnės populiacijos, ir tai savaime neužtikrina matavimo paklaidų nepriklausomumo. Blokais suskirstytame eksperimente paskirstymą galima atlikti atsitiktinai kiekvieno bloko viduje.

Tarkime, leidžiami visi šeši eiliškumai, kuriuose yra lygiai dvi A ir dvi B pozicijos, o mechanizmas kiekvieną jų parenka su tikimybe 1/6 dar prieš gaunant rodmenis. Palikite β, δ ir d fiksuotus, kaip pateikta, nustatykite εⱼ = 0 mV ir išlaikykite prielaidą, kad liekamojo poveikio nėra. D matematinė viltis yra šešių D verčių suma, padauginta iš 1/6. Tai hipotetinių paskirstymų vidurkis, o ne papildomas išmatuotų rodmenų rinkinys.

Šeši kontrastai yra 4, 3, 2, 2, 1 ir 0 mV, todėl jų matematinė viltis yra 2 mV. Viena pasirinkta tvarka vis tiek gali supainioti dreifo ir konfigūracijos pakeitimo poveikius. Atsitiktinės tvarkos parinkimas subalansuoja šį nurodytą dreifą matematinės vilties prasme; jis neužtikrina kiekvienos realizacijos tikslumo, nepašalina visų sisteminių dedamųjų ir nesuteikia pagrindo nustatyti pasikliautinąjį intervalą be papildomos analizės.

Nurodykite, kas aklinamas ir kas slepiama

Aklinimas – tai konkrečios informacijos slėpimas nuo asmens, kol priimami sprendimai, kurie galėtų nuo jos priklausyti. Nurodykite asmens vaidmenį, slepiamą informaciją ir jos atskleidimo laiką. Fizikos kontekste CMS aprašo prieigos prie tam tikros analizės informacijos ribojimą, kol rengiami ir tikrinami sprendimai, o vėliau – tos informacijos atskleidimą. Tai pagrindžia metodo paskirtį, bet negarantuoja, kad išnyks visas šališkumas.

Taikant originalią procedūrą, operatorius gali matyti, kuri konfigūracija prijungta, o analitikas gauna rodmenis su užkoduotomis konfigūracijų žymomis. Atskiras kodų raktas nurodo, kuris kodas reiškia A, o kuris – B. Prieš atskleidžiant raktą, analitikas nustato duomenų apdorojimo tvarką ir leistinus jų atmetimo kriterijus, o tada atlieka deklaruotą B minus A skaičiavimą. Tai yra analitiko aklinimas; nuo operatoriaus konfigūracija neslepiama.

Fizinės nuostatos ar atpažįstami dėsningumai gali atskleisti, kokia konfigūracija priskirta, nepaisant užkoduotų žymų. Aprašykite šiuos ribotumus ir nurodykite, kas gali pasiekti kodų raktą. Jei slėpti nuostatą nuo operatoriaus praktiškai neįmanoma, užfiksuokite šį faktą ir naudokite kitas įgyvendinamas apsaugos priemones. Aklinimas nepakeičia palyginimo sąlygos, tinkamos bandymų tvarkos, matavimo priemonių kalibravimo ar neapibrėžties įvertinimo.

Iš anksto deklaruokite rezultatą, stabdymą ir nukrypimus

Prieš rinkdami rodmenis, apibrėžkite D, jo ženklą ir vienetą, konfigūracijas, leistiną tvarkos parinkimo mechanizmą, keturias užbaigtas galiojančias matavimo pozicijas, matavimo procedūrą ir negaliojančių ar trūkstamų rodmenų tvarkymo taisykles. Nurodykite, kada rodmenų rinkimas baigiamas ir kaip elgiamasi su nutrauktais bandymais.

Išankstinė registracija užfiksuoja analizės planą prieš atliekant atitinkamą analizę, kad būtų galima atskirti suplanuotus ir vėlesnius sprendimus. Center for Open Science gairės leidžia skaidriai keisti planą ir atlikti aiškiai įvardytą žvalgomąją analizę. Išsaugotas planas neįrodo, kad matavimo modelis yra teisingas, o naudingas netikėtas išvadas galima pateikti nurodant tikrąjį jų statusą.

Taikant ABBA tvarką ir sustojus po pirmosios AB poros, mūsų tiksliame modelyje pateikiamas 3 mV rezultatas, o ne suplanuotas keturių matavimo pozicijų kontrastas 2 mV. Tai skirtingi duomenų rinkimo atvejai. Jei tikras bandymas nutrūksta dėl aparatūros gedimo ar saugos problemos, išsaugokite surinktus įrašus ir dokumentuokite nukrypimą; nepateikite nuo rezultato priklausančio ankstyvo sustabdymo kaip užbaigto deklaruoto eksperimento plano, nutylėdami šį nukrypimą.

Apribokite išvadą ir kartokite tikslingai

Dabar palikime tą patį modelį, bet leiskime kiekvienai papildomai dedamajai tenkinti sąlygą |εⱼ| ≤ 0.25 mV, nenurodydami jokio tikimybių skirstinio ar nepriklausomumo. Taikant ABBA tvarką, kiekvienos konfigūracijos vidurkio papildoma dedamoji yra tarp −0.25 mV ir +0.25 mV. Šių dedamųjų skirtumas yra tarp −0.50 mV ir +0.50 mV, todėl 1.50 mV ≤ D ≤ 2.50 mV. Tai deterministinės modelio ribos, o ne statistinis pasikliautinasis intervalas ar rezultato standartinė neapibrėžtis.

Šios ribos apima tik tas numatytas ε dedamąsias ir nurodytą modelį. Neįtrauktas netiesinis dreifas, ankstesnio bandymo liekamasis poveikis, nuostatų ar atskaitos informacijos pokyčiai reikalautų papildomo įvertinimo. Suderinta kontrolinė sąlyga ir subalansuotas kontrastas gali pagrįsti konkretų palyginimą; patys savaime jie nepatvirtina mechanizmo, visuotinio dėsnio ar tinkamumo kitomis sąlygomis.

Iš naujo surinkus visą duomenų rinkinį pagal nurodytą eksperimentinį planą, galima patikrinti, ar palyginimo rezultatas išlieka ir ar reikia peržiūrėti prielaidas. Perskaičiavus tas pačias keturias eilutes, naujų rodmenų negaunama, o pakartojus matavimų seriją, bendras nepageidaujamas poveikis gali išlikti. Nurodykite, kas buvo pakartota ir kokiomis sąlygomis. Platesnius atkuriamumo ir pakartojamumo klausimus reikia nagrinėti toliau; čia pradėkite nuo plano, eiliškumo, pirminių įrašų, nukrypimų ir apibrėžtos taikymo srities išvados išsaugojimo.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Pateiktame modelyje, kai εⱼ = 0 mV, raskite sekos ABAB D ir bendro tiesinio dreifo indėlį į jį.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   D = 3 mV, įskaitant 1 mV dreifo indėlį.

   A užima 1 ir 3 pozicijas, o indekso vidurkis yra 2; B užima 2 ir 4 pozicijas, o indekso vidurkis yra 3. Taigi D = 2 mV + (1 mV)(3 − 2) = 3 mV. Tai dera su lentelėje pateiktais vidurkiais 102 mV ir 105 mV.

2. ABBA sekoje, kai εⱼ = 0 mV, padidinkite visų keturių rodmenų bazinį lygį β dydžiu 7 mV. Ar D pasikeičia?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne. Abiejų konfigūracijų vidurkiai padidėja 7 mV, todėl D lieka 2 mV.

   Naujasis A vidurkis yra 109.5 mV, o naujasis B vidurkis yra 111.5 mV. Jų skirtumas yra 2 mV. Taip panaikinamas vieno bendro adityvaus bazinio lygio poveikis; tik B veikiantis pokytis turėtų įtakos kontrastui.

3. Pakeiskite ABBA seką, prie kiekvieno rodmens pridėdami qj², kai q = 0.50 mV ir εⱼ = 0 mV. Palikite pradines β, δ ir d vertes. Raskite D ir įvertinkite, ar ABBA panaikina šio papildomo dreifo poveikį.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   D = 1 mV; papildomo netiesinio dreifo indėlis yra −1 mV ir jis nepanaikinamas.

   B atveju j² vidurkis = (2² + 3²)/2 = 6.5; A atveju jis yra (1² + 4²)/2 = 8.5. Jų skirtumas yra −2. Pradinio tiesinio dreifo poveikis vis tiek panaikinamas, todėl D = 2 mV + (0.50 mV)(−2) = 1 mV. Tai pateiktas alternatyvus modelis, o ne faktinio netiesinio dreifo įrodymas.

4. ABBA sekoje, kai |εⱼ| ≤ 0.25 mV, abiem B rodmenims priskirkite +0.25 mV, o abiem A rodmenims −0.25 mV. Raskite D. Ar iš pateiktos ribos galima daryti 95 % pasikliovimo lygio teiginį?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   D = 2.50 mV, ties viršutine riba. 95 % pasikliovimo lygio teiginys nepateiktas.

   Papildomas indėlis į B ir A vidurkių skirtumą yra 0.25 mV − (−0.25 mV) = 0.50 mV. Pridėjus δ, gaunama 2.50 mV. Kiekvieno papildomo indėlio riba nenurodo jokio tikimybių dėsnio, teiginio apie imčių sudarymą ar aprėpties tikimybės skaičiavimo.

5. Operatorius ant aparato mato A arba B. Analitikas gauna užkoduotas konfigūracijų žymas ir nustato duomenų apdorojimo tvarką prieš atskirai pateikiant kodų raktą. Kuriam iš jų konfigūracija nežinoma ir koks apribojimas išlieka?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Numatyta, kad analitikui konfigūracija būtų nežinoma, o operatoriui ji žinoma. Atpažįstami požymiai vis tiek gali atskleisti kodų reikšmes.

   Aklinimas apibrėžiamas pagal vaidmenį, informaciją ir jos atskleidimo laiką. Užfiksuokite, ar užuominos arba prieiga prie kodų rakto nesusilpnina numatyto aklinimo. Koduotos žymos nei paslepia nuo operatoriaus matomai keičiamą nuostatą, nei pakeičia eksperimento plano ir matavimo patikras.

6. ABBA plane numatyti keturi užbaigti, reikalavimus atitinkantys matavimo etapai ir D apskaičiavimas pagal abiejų konfigūracijų vidurkius. Kai εⱼ = 0 mV, duomenų rinkimas nutraukiamas jau po pirmosios AB poros, nes jos kontrastas teigiamas. Kokį kontrastą tuomet galima apskaičiuoti ir ar jį galima pateikti kaip užbaigto keturių etapų eksperimento rezultatą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Turimos poros kontrastas yra 3 mV. Tai nėra užbaigto keturių etapų eksperimento rezultatas, kuris pagal modelį būtų 2 mV.

   Pirmoji pora duoda 104 mV − 101 mV = 3 mV. Numatyta antroji pora, kurios tvarka atvirkštinė, duotų 1 mV, todėl bendras vidurkis būtų 2 mV. Išsaugokite dalinius įrašus ir atskleiskite pakeistą sprendimą dėl duomenų rinkimo nutraukimo bei analizę; vien teigiamas kontrastas nereiškia, kad deklaruotas eksperimento planas įvykdytas.

Ką verta įsidėmėti

• Kontrolinė sąlyga yra deklaruota palyginimo sąlyga; ji savaime nesuteikia tikslios tikrosios vertės.
• Nurodykite rezultato ženklą, vienetus ir nustatymo procedūrą, taip pat patikrinkite, kokių pašalinių veiksnių įnašai įeina į jo kontrastą.
• Fiksuota subalansuota tvarka panaikina tik tuos poveikius, kurių panaikinimą pagrindžia jos prielaidos; blokavimas ir randomizavimas atlieka skirtingus vaidmenis.
• Randomizavimo matematinė viltis susijusi su nurodytu atsitiktiniu mechanizmu ir negarantuoja kiekvienos realizacijos rezultato.
• Aprašykite aklinimą pagal asmenį, informaciją ir jos atskleidimo laiką, įskaitant praktinius apribojimus.
• Išsaugokite išankstinį planą, pirminius įrašus, sprendimus dėl duomenų rinkimo nutraukimo ir nukrypimus; nauji duomenų rinkimai gali patikrinti pastovumą, tačiau negarantuoja tikslumo ar visuotinio priežastinio ryšio.