李金輝

摘要 本文介紹了Excel軟件的數(shù)據(jù)處理功能在動物科學(xué)專業(yè)科研生產(chǎn)中的具體應(yīng)用實例及操作方法，包括雙樣本顯著性檢驗（t檢驗）、多樣本顯著性檢驗（方差分析）、雙變量線性回歸和相關(guān)分析。

關(guān)鍵詞 Excel；生物統(tǒng)計；顯著性檢驗；方差分析；線性回歸與相關(guān)分析

中圖分類號 G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0283-04

Application of Excel in Animal Science Experiment

LI Jin-hui

（College of Animal Science and Veterinary Medicine，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang Henan 453000）

Abstract This paper introduced the data processing function and the operation method of Excel software on research of Animal Science，included two samples test of significance （t-test），multiple samples test of significance （analysis of variance） and analysis of two variables linear regression and correlation.

Key words Excel；biological statistics；test of significance；analysis of variance；linear regression and correlation analysis

生物統(tǒng)計學(xué)是動物科學(xué)和動物醫(yī)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是數(shù)理統(tǒng)計在生物學(xué)中的應(yīng)用，它不僅提供如何正確地設(shè)計科學(xué)試驗和收集數(shù)據(jù)的方法，而且也提供如何正確地整理、分析數(shù)據(jù)，得出客觀、科學(xué)結(jié)論的方法[1]。它是運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法，來分析和解釋生物界各種現(xiàn)象和實驗調(diào)查資料的一門科學(xué)。不僅在傳統(tǒng)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)和農(nóng)學(xué)中被廣泛應(yīng)用，而且也是新興的現(xiàn)代分子生物學(xué)研究中不可缺少的工具。在農(nóng)林類院校，生物統(tǒng)計學(xué)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生分析、解釋生產(chǎn)實踐中具有不確定性現(xiàn)象的工具。通過系統(tǒng)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生了解該課程的基本原理，掌握基本概念和方法，并能初步運用數(shù)學(xué)的方法來研究生物學(xué)的基本規(guī)律[2]。

但由于生物統(tǒng)計學(xué)的理論知識體系和學(xué)習(xí)方法有別于其他門類的農(nóng)學(xué)課程，理論較抽象，邏輯性又極強(qiáng)，還要求學(xué)生要具備高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。無論是試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)描述，還是試驗結(jié)果的科學(xué)分析和推斷，都需要以生物統(tǒng)計學(xué)的相關(guān)理論和方法為依據(jù)。生物統(tǒng)計學(xué)主要介紹了顯著性檢驗、方差分析、卡方檢驗和線性回歸與相關(guān)分析等內(nèi)容，公式繁多，同時計算量巨大。因此，很多農(nóng)學(xué)學(xué)科的本科生認(rèn)為這是較難學(xué)習(xí)和掌握的一門課程，造成學(xué)生怕學(xué)、不愿學(xué)。再加上學(xué)生在潛意識中容易形成該課程與專業(yè)相距甚遠(yuǎn)的錯覺，理論與實踐相脫節(jié)，往往造成教學(xué)效果不理想。因此，如何將理論和實踐相結(jié)合，如何簡化計算分析過程，這就成為提高該課程教學(xué)效果、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的主要切入點。

Excel是Microsoft微軟公司推出的辦公軟件Office的組件之一，是由Microsoft為Windows和Apple Macintosh桌面操作系統(tǒng)以及Android和iOS移動操作系統(tǒng)而編寫和運行的一款軟件。Excel中包含了大量的函數(shù)和公式，可以進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、輔助決策和制作圖表等，廣泛地應(yīng)用于管理、統(tǒng)計、財經(jīng)和金融等眾多領(lǐng)域。將Excel運用到生物統(tǒng)計學(xué)中的統(tǒng)計分析計算中，可大大簡化計算過程。Excel 軟件提供了300 多個工作表函數(shù)，與生物統(tǒng)計學(xué)有關(guān)的有40～50 個[3]。本文通過幾個科研生產(chǎn)中的實例，來說明如何運用Excel進(jìn)行統(tǒng)計分析。以Excel 2003為例進(jìn)行介紹，其他版本過程基本一致。

1 實例分析

1.1 非配對設(shè)計兩樣本顯著性檢驗（t檢驗）

例如：現(xiàn)有2個品種的商品豬“杜洛克”和“漢普夏”，為了比較這2個品種的生長性能哪個更優(yōu)，每個品種選取30日齡、初始體重相近、性別相同的豬各10頭，分成2組，飼喂配方相同的飼料，試驗期中控制每頭豬的采食量相同。50 d試驗期后增重結(jié)果如表1所示。

首先需要在Excel中添加“分析工具庫”這個功能。點擊“工具”菜單，選擇“加載宏”，在彈出的對話框中，將“分析工具庫”打上對勾，點擊“確定”（圖1）。這樣，在“工具”菜單下，就增加了一個“數(shù)據(jù)分析”的功能[4]。將以上數(shù)據(jù)輸入Excel，從任意一個單元格開始輸入皆可，將以上數(shù)據(jù)全部輸入Excel。輸入完畢后點擊“工具”菜單，選擇“數(shù)據(jù)分析”，在彈出的對話框中選擇“t檢驗：雙樣本等方差假設(shè)”（圖2）。在彈出的對話框中，變量1的區(qū)域，用鼠標(biāo)將“杜洛克”的所有數(shù)據(jù)選中。注意，如果將“標(biāo)志”前打上對勾，則說明第1個單元格“杜洛克”3個漢字是標(biāo)志，不參與計算，僅作為標(biāo)簽。此時選中的時候應(yīng)將“杜洛克”3個漢字也選中；如果“標(biāo)志”前不打?qū)矗瑒t不用選中“杜洛克”3個漢字。“α（A）”：后面的空格代表顯著水平，可以填寫常用的顯著水平0.05或0.01。如果填寫0.05，軟件計算的結(jié)果將會顯示0.05顯著水平的臨界t值以及計算結(jié)果。如果填寫0.01，軟件計算的結(jié)果將會顯示0.01顯著水平的臨界t值以及計算結(jié)果。先填寫0.05，點擊“確定”（圖3）。這時軟件將自動計算出結(jié)果（圖4）。從結(jié)果中可以看到，軟件計算出了2個樣本的平均數(shù)、方差、t值、在5%顯著水平下的臨界t值以及無效假設(shè)成立的概率P值。t值為2.010 951 394，0.05顯著水平臨界值t0.05為2.100 922 037，t5%，差異不顯著，即說明同等條件下杜洛克和漢普夏2個品種的增重效果差異不顯著。然而結(jié)果中已經(jīng)包含了無效假設(shè)成立的概率P值，即0.059 552 796，約等于5.955%，這說明P>5%，差異是不顯著的。可以直接從概率值來判斷。再在“α（A）”：后面的空白處填寫0.01，點擊“確定”，這時軟件將自動計算出顯著水平為0.01時的分析結(jié)果（圖5）。從結(jié)果可以看出，除了臨界t值不同之外，和0.01顯著水平的分析結(jié)果是完全一樣的。t值為2.010 951 39，0.01顯著水平的臨界t值t0.01為2.878 440 47，t

1.2 配對設(shè)計雙樣本顯著性檢驗（t檢驗）

某豬場從10窩大白仔豬中每窩抽取性別相同、體重接近的仔豬2頭，將這2頭仔豬隨機(jī)分配到2個飼料組，進(jìn)行飼料對比試驗，試驗時間30 d，仔豬增重資料列于表2。檢驗2種飼料飼喂的仔豬平均增重是否相同。

這個實例是統(tǒng)計試驗中的兩樣本配對設(shè)計，Excel中同樣提供了相應(yīng)的函數(shù)，首先將數(shù)據(jù)輸入Excel，然后點擊“工具”菜單，選擇“數(shù)據(jù)分析”，在彈出的對話框中選擇“t檢驗：平均值的成對二樣本分析”，點擊“確定”。在彈出的對話框中“變量1的區(qū)域”用鼠標(biāo)選擇“飼料一”的所有數(shù)據(jù)，再重復(fù)以上步驟輸入“變量2的區(qū)域”。先計算顯著水平為0.05的分析結(jié)果，點擊“確定”，軟件將自動計算出結(jié)果（圖6）。從結(jié)果中可以看出，軟件計算出了2個樣本的平均值、方差、t值、臨界t值和無效假設(shè)成立的概率。t值為3.455 282 943， 0.05顯著水平的臨界t值t0.05為2.262 157 158，t>t0.05，即P<5%，在0.05顯著水平上差異是顯著的，即2種飼料的增重效果差異顯著。再計算0.01顯著水平上的結(jié)果。重復(fù)上述步驟，所不同的是在“α（A）：”后的空白處填上0.01，這時軟件將會計算出0.01顯著水平的分析結(jié)果（圖7）。從結(jié)果可以看出，除了臨界t值和0.05顯著水平不同之外，其他都是相同的。t值為3.455 282 943，0.01顯著水平的臨界t值t0.01為3.249 835 5，t>t0.01，即P<1%，因此在0.01水平上同樣差異顯著，即差異極顯著[5]。

1.3 多樣本的顯著性檢驗（方差分析）

某水產(chǎn)研究所為了比較4種不同配合飼料對魚的飼喂效果，選取了條件基本相同的魚20尾，隨機(jī)分成4組（A1、A2、A3、A4），投喂不同的飼料，經(jīng)1個月試驗后，各組魚的增重結(jié)果列于表3。

分析這4種飼料對魚的增重效果孰優(yōu)孰劣。本實例屬于方差分析的范疇，Excel同樣提供了相應(yīng)的函數(shù)。首先將所有數(shù)據(jù)輸入Excel，點擊“工具”菜單，選擇“數(shù)據(jù)分析”，在彈出的對話框中選擇“方差分析：單因素方差分析”，點擊“確定”。在彈出的對話框中，軟件要求輸入數(shù)據(jù)的區(qū)域，用鼠標(biāo)選定所有數(shù)據(jù)區(qū)域。分組方式有“行”和“列”2種可選擇，具體取決于在Excel中輸入數(shù)據(jù)的方式。先計算0.05顯著水平的結(jié)果，“α（A）：”后面的空白處填上0.05，點擊“確定”，軟件將自動計算出結(jié)果（圖8）。結(jié)果中包含了各個處理的和、平均值和方差。以及處理間和處理內(nèi)的平方和（SS）、自由度（df）、均方（MS）、F值、臨界F值（F crit）和無效假設(shè)成立的概率（P-value）。從分析結(jié)果可以看出，這4種飼料對魚的增重效果從優(yōu)到劣的順序是A1（31.18）、A4（27.96）、A2（26.28）和A3（24.74）。F值為7.136 175，0.05顯著水平的臨界F值F0.05為3.238 872，即F>F0.05，即P<5%，因此在0.05顯著水平上差異顯著，即4種飼料對魚的增重效果差異顯著。再計算0.01顯著水平上的分析結(jié)果。重復(fù)上述步驟，不同的是在“α（A）：”后面的空格處填寫0.01。從結(jié)果可以看出（圖9），除了臨界F值不同以外，其余都和0.05顯著水平的結(jié)果相同。F值為7.136 175，0.01顯著水平的臨界F值F0.01為5.292 214，即F>F0.05，即P<1%，因此在0.01顯著水平上差異顯著，也就是差異極顯著，即4種飼料對魚的增重效果差異極顯著[3]。

1.4 雙變量直線回歸與相關(guān)

為了研究胰島素的注射量和血糖濃度減少量之間的關(guān)系，取10只相同條件下繁殖的大白鼠，分別注射不同的胰島素劑量，胰島素的注射量（x）和血糖濃度減少量（y）的值列于表4。

上述實例屬于統(tǒng)計學(xué)中回歸與相關(guān)的研究范疇，Excel同樣提供了解決此問題的相關(guān)函數(shù)。首先將所有數(shù)據(jù)輸入Excel中，需要了解這2個變量是否相關(guān)，如果相關(guān)，是什么類型的相關(guān)，以及相關(guān)的程度有多強(qiáng)，可以根據(jù)散點圖來判斷。點擊“插入”菜單，選擇“圖表”，在彈出的對話框中選擇“XY散點圖”，“子圖表類型”選擇不帶線條的類型，點擊“下一步”。此時軟件要求輸入數(shù)據(jù)的區(qū)域，用鼠標(biāo)選擇所有數(shù)據(jù)的區(qū)域?！跋盗挟a(chǎn)生在”有“行”和“列”2個選擇，這取決于數(shù)據(jù)輸入的方式。點擊“下一步”。圖表標(biāo)題填寫“胰島素注射量和血糖濃度減少量關(guān)系圖”，數(shù)值（X）軸填寫“胰島素注射量”，數(shù)值（Y）軸填寫“血糖濃度減少量”，點擊“下一步”，點擊“完成”。此時軟件將自動生成一個散點圖（圖10），可以看出2個變量有很強(qiáng)的直線相關(guān)關(guān)系。還可以進(jìn)一步計算出直線回歸方程。右鍵點擊任意一個點，彈出的菜單中選擇“添加趨勢線”，在彈出的對話框中“類型”選項卡中“趨勢預(yù)測/回歸分析類型”選擇“線性”，“選項”選項卡中在“顯示公式”前打上對勾，點擊“確定”。此時軟件計算出了“胰島素注射量”和“血糖濃度減少量”之間的直線回歸方程（圖11），即y=84.485x+11.994，胰島素每增加1個注射單位，血糖濃度相應(yīng)地減少84.485個單位[3]。

2 結(jié)語

本文介紹了Excel軟件在數(shù)據(jù)處理方面的基本操作方法，基本涵蓋了生物統(tǒng)計學(xué)中所有的實例。本人在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，由于Excel軟件操作過程并不復(fù)雜，所以學(xué)生掌握起來很容易，簡化了計算過程，學(xué)生可以將更多的精力投入到試驗的前期設(shè)計和試驗過程的操作中。同時也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)效果大大提高。Excel并不是專業(yè)的統(tǒng)計分析軟件，但是它依然提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。由于農(nóng)林類高校所開設(shè)的生物統(tǒng)計學(xué)課程只是初步的統(tǒng)計學(xué)，故Excel軟件所提供的數(shù)據(jù)處理能力也基本夠用了。如果要進(jìn)行更專業(yè)的數(shù)據(jù)分析，可借助于專業(yè)的統(tǒng)計分析軟件，如SPSS和SAS，可進(jìn)行方差分析的LSD、LSR多重比較、多元線性回歸、復(fù)相關(guān)分析、偏相關(guān)分析、協(xié)方差分析和非參數(shù)檢驗等。

3 參考文獻(xiàn)

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