Кіріспе

Эксперименттерді ұқсас жағдайларды біріктіру үшін жобалау. Эксперименттерді жобалаудың статистикалық теориясында, блоктау – бір немесе бірнеше айнымалыларға сәйкес, бір-біріне ұқсас тәжірибелік бірліктерді топтарға (блоктарға) бөлу болып табылады. Бұл айнымалылар байқалатын нәтижелерге олардың әсерін азайту үшін мұқият таңдалады. Блоктауды жүзеге асырудың әртүрлі жолдары бар, олардың нәтижесінде әртүрлі шатастыру эффектілері пайда болады. Дегенмен, әртүрлі әдістердің мақсаты бір: эксперимент нәтижесіне әсер ететін нақты факторлардың тудырған өзгергіштігін бақылау. Блоктау идеясының бастауы статистик Рональд Фишердің ANOVA әдістемесін әзірлеуімен байланысты.

Тарих

Эксперименттік жобалауда блоктауды қолданудың көп салалы даму тарихы бар. Блоктаудың негізгі принциптері 20 ғасырдың басында Рональд А. Фишер сияқты статистиктердің еңбектерімен қалыптасты. Оның дисперсиялық талдауды (ANOVA) әзірлеудегі жұмысы, эксперименттік бірліктерді топтастыру арқылы сыртқы факторларды бақылауға негіз салды. Блоктау жылдар бойы дамып, кездейсоқ блоктардың және латын квадратының жобаларын формалдауға әкелді. Жоғары ретті өзара әрекеттесулер көбінесе ең аз маңызды болады (мысалы, реактордың температурасы немесе шикізаттың партиясы, олардың комбинациясынан гөрі маңыздырақ – бұл әсіресе 3, 4 және одан да көп факторлар болғанда дұрыс); сондықтан осы өзгергіштікті жоғары ретті өзара әрекеттесумен шатастыру дұрыс. Олар өзгергіштіктің мүмкін көздері болып саналады, егер бақыланбаса немесе ескерілмесе, тәуелсіз және тәуелді айнымалылар арасындағы интерпретацияны қиындатуы мүмкін. Зиянды айнымалыларды шешу үшін зерттеушілер блоктау немесе рандомизация сияқты әртүрлі әдістерді қолдана алады. Блоктау – эксперименттік бірліктерді зиянды айнымалының деңгейіне сәйкес топтастыру арқылы оның әсерін бақылауды қамтиды. Рандомизация зиянды айнымалылардың әсерін емдеу топтары арасында тең бөлуге көмектеседі. Осы әдістердің бірін қолдану арқылы зерттеушілер эксперименттерінің ішкі жарамдылығын арттыра алады, соның нәтижесінде байқалған әсерлер сыртқы факторларға емес, өзгертілген айнымалыларға байланысты болуы мүмкін. Жоғарыда келтірілген бірінші мысалда, пациенттің жынысы зиянды айнымалы болар еді. Мысалы, егер дәрі диеталық таблетка болса және зерттеушілер диеталық таблеткалардың салмақ жоғалтуға тигізетін әсерін тексеруді қаласа. Түсіндіретін айнымалы – диеталық таблетка, ал жауап айнымалысы – жоғалтылған салмақ мөлшері. Дәрінің әсері пациенттің жынысына байланысты болмаса да, салмақ жоғалту мөлшеріне оның жынысы әсер етуі мүмкін.

Бақылана алатын кедергі факторларын бұғаттау

Эксперименттерді жобалаудың статистикалық теориясында блоктау – бір-біріне ұқсас тәжірибелік бірліктерді топтарға (блоктарға) орналастыру. Әдетте, блоктау факторы – тәжірибешіге басты мақсат емес, өзгергіштіктің көзі болып табылады. Ықтималдықтар теориясын зерттеуде блоктық әдіс үлгіні кішірек субблоктармен бөлінген блоктарға (топтарға) бөлуден тұрады, соның арқасында блоктар дерлік тәуелсіз деп қарастырылады. Блоктар әдісі тәуелді кездейсоқ шамалар жағдайында лимит теоремаларын дәлелдеуге көмектеседі. Блоктар әдісін С. Бернштейн енгізді: бұл әдіс тәуелді кездейсоқ шамалардың қосындыларының теориясында және экстремалды мәндер теориясында сәтті қолданылды.

Мысал

Алдыңғы диеталық таблеткалар мысалында, бөгеттеуші фактор науқастың жынысы болуы мүмкін. Біз адамдарды екі топқа (еркек немесе әйел) бөлеміз. Әрбір топтың ішінде науқастарды кездейсоқ түрде диеталық таблеткаға (емдеу) немесе плацебоға (бақылау) тағайындаймыз. Жыныс бойынша бөгеттеу арқылы, осы өзгергіштіктің көзі бақыланады, соның салдарынан диеталық таблеткалардың салмақ жоғалтуға қалай әсер ететінін дұрыс түсіндіруге болады.

Тоқтату факторларының анықтамасы

Егер негізгі фактордың әр деңгейі, кедергі келтіретін фактордың әр деңгейімен бірдей санында қайталаса, онда кедергі келтіретін фактор блоктаушы фактор ретінде пайдаланылады.

Іске асыру

Эксперименттік жобалауда блоктауды қолдану сыртқы факторларды тиімді басқару және емдеу әсерін бағалаудың нақтылығын арттыру үшін бірнеше қадамдарды талап етеді.

Көңілкестікті анықтаңыз

Зерттеудің басты назарында болмаған, бірақ өзгергіштік тудыруы мүмкін факторларды анықтаңыз.

Тиісті блоктау факторларын таңдау

Зерттеуге қатыстылығын және қызығушылық тудыратын негізгі факторларға әсер ете алатын мүмкіндіктерін ескере отырып, блоктаушы факторларды сақтап таңдаңыз.

Блок өлшемін анықтау

Эксперименттің белгілі бір көлемін белгілі бір санындағы блоктарға бөлудің салдары болады, себебі блоктардың саны шатастырылған әсерлердің санын анықтайды.

Блоктарға өңдеуді тағайындау

Сіз әрбір блок ішінде эксперименттік бірліктерді емделу шарттарына кездейсоқ түрде тағайындауды таңдауға болады, бұл ескерілмеген өзгергіштікті емделу топтары арасында тең бөлуге көмектеседі. Дегенмен, емделуді блоктарға қалай тағайындауға байланысты, сіз әртүрлі мөлшерде шатастырылған әсерлерге ие болуыңыз мүмкін. Сондықтан, қанша және қандай нақты әсерлер шатастырылатынын таңдауға болады, яғни емделуді блоктарға тағайындау кездейсоқ тағайындаудан артық.

Көшіру

Әрбір қайталама үшін әртүрлі жоба қолдану арқылы, әр қайталамада әртүрлі фактор шатастырылатындықтан, өзара әсерлер толығымен бір факторды құрбан етудің орнына, ішінара шатастырылады. Қайталамалар нәтижелердің сенімділігін арттырады және емдеу әсерін тиімді бағалауға мүмкіндік береді.

Мысал

Жартылай өткізгіштерді өндіру зауытындағы инженерлер, пеште жүзеге асырылатын диффузиялық процестен кейін пластинка имплантациясының әртүрлі дозаларының кедергі өлшемдеріне маңызды әсері бар-жоғын тексеруді қалайды делік. Олар сынап көруге төрт түрлі дозаға ие және бір партиядан алынған үш дозалы үш тәжірибелік пластинка бар. Оларды алаңдататын фактор – «пештік цикл», себебі әр циклдің алдыңғысынан өзгешелігі бар екені мәлім, және ол көптеген процестік параметрлерге әсер етеді. Бұл тәжірибені жүргізудің ең тиімді жолы – барлық 4x3=12 пластинканы бір пештік циклде өңдеу. Бұл пештік циклдің әсерін толығымен жояды. Дегенмен, тұрақты өндірістік пластинкаларға пештік циклдерде басымдық беріледі және бір циклде тек бірнеше тәжірибелік пластинкаларға ғана рұқсат беріледі. Бұл тәжірибені бұғаттамастан жүргізудің бір жолы – он екі тәжірибелік пластинканың әрқайсысын кездейсоқ ретпен, бір циклде өңдеу. Бұл әр кедергі өлшемінің эксперименталдық қатесін пештік циклдің өзгеруімен арттырады және әртүрлі дозалардың әсерін зерттеуді қиындатады. Егер өндірісшілерді бір пештік циклде төрт тәжірибелік пластинканы өңдеуге көндіре алсаңыз, бұл тәжірибені бұғаттап жүргізудің тиімді жолы – әрқайсысына әртүрлі дозасы бар төрт пластинканы үш пештік циклде өңдеу болар еді. Бірден-бір кездейсоқ таңдау – 1 дозасы бар үш пластинканың қайсысы 1-ші пештік циклге түсетінін, сондай-ақ 2, 3 және 4 дозасы бар пластинкалар үшін де сол сияқты анықтау.