回归设计试验指导与统计通用软件包
董占山 吴同礼
(中国农科院棉花研究所)
[提要] 本文介绍了"回归设计试验指导与统计通用软件包SPRD的设计思想、主要功能及其特点,
并简要论述了农用软件的开发原则。
关键字: 回归设计 软件包 SPRD
运用回归设计寻求农业生产系统中的优化组合或最佳生产条件,
特别是在农作物栽培技术系统优化设计中的应用,
在我国很多地区已取得明显效果[3]。目前我国从国外引进不少统计软件,
如 SPSS/PC+、 STATPAK、MSTAT等, 这些软件虽然功能较强,
但是均无回归设计的统计分析功能。有关回归设计的计算机程序已有人作过[1,2],
但多为某种特定的回归设计而编写, 不具有通用性, 且多数用解释BASIC编制,
程序与数据混合, 无数据交换功能, 运行速度太慢, 使用烦琐,
因许多农业科技人员对计算机不太熟悉,
使用这些程序存在一定困难。我们在IBM PC/XT/AT系列微型机上，开发了一个用户界面友好、通用性强、功能齐全的回归设计试验指导与统计软件包SPRD。下面具体介绍SPRD的设计思想、主要功能和特点。
系统的设计思想
一、设计原则
为了使广大专业人员能得心应手地在计算机上完成他们自己的试验任务,
我们以简化操作步骤、增强程序的通用性、节约机器的开销、提高工作效率为指导思想,
在以前工作的基础上,
采用模块化结构、窗口式用户界面、下拉式菜单, 运用Turbo Pascal和Turbo
Prolog语言结合开发了这个回归设计试验指导与统计软件包SPRD。该软件包能设计试验方案、建立数学模型、模拟仿真与筛选优化组合、分析因子效应、完成模糊多目标规划等。
二、设计方法
回归设计可分为回归的正交设计、回归的旋转设计、回归的D-最优设计、混料回归设计四大类,
根据因子数、试验实施水平的不同, 每类中又分若干种,
假如分别对每一种设计编写一段程序, 则是事倍功半, 效果很差,
因此应力求编制通用程序。再则,
为了让操作人员从乏味的数据输入中解脱出来,
在系统运行期间应尽量减少人机交互,凡可用程序代替的工作全部均由程序完成。针对这个目标,
设计了如下通用模块:
1. 结构矩阵生成模块:
该模块可以根据不同的设计参数生成相应的试验结构矩阵,
供设计试验方案和分析试验结果使用;
2. 建立数学模型模块: 根据四大类设计的特点,
编写了四个通用的拟合数学模型的模块,
来完成这四大类设计的建模工作;
3. 试验设计指导模块:
该模块可以根据不同的设计参数生成相应的试验方案,
供田间实施使用;
4. 模型优化模块: ①对已建立的数学模型进行模拟仿真,
通过频率分析筛选出优化措施组合方案;
②对已建立的数学模型进行技术经济分析,建立经济优化方案;
③运用模糊数学的方法对多个目标模型进行多目标模糊规划,
寻求多个目标同时取得较优值的优化方案;
5. 因子效应分析模块:
本模块可根据已建立的数学模型分析各参试因子的主次、主效应及因子间的交互效应;
6. 数据编辑器: 为方便用户输入数据, 编制一个全屏幕数据编辑器,用户能用光标键和数字键完成数据的输入编辑工作;
7. 统计参数计算和统计检验模块:
为避免进行统计检验时手工查表输入参数, 降低系统运行效率,
编制几个计算F值、t值、X2值的通用过程, 供统计检验时调用;
另外还需编写一些配套模块,
如菜单驱动模块、弹出式窗口模块、打印模块等,
把这些模块合理组配,
形成一个功能齐全、使用简便的通用回归设计工具软件。
系统的主要功能
1. 文件管理: 此功能模块包括文件存取、目录列表、改变目录、DOS交互、退回操作系统等。
2. 数据编辑功能: SPRD有一个很优美的数据编辑器,
在其上输入数据就象在纸上填表一样方便,
可用光标键进行全屏幕编辑。
3. 建模与分析:
该功能模块主要完成建立数学模型、对模型进行模拟仿真、进行频率分析推荐优化决策方案、对模型进行因子效应分析决定因子的主次作用和进行多目标模糊规划等项功能:
①建立数学模型: 2..5因子的二次正交回归, 2..5因子各种实施水平的二次正交旋转回归和通用旋转回归,
D-最优回归设计(包括206,310,311A,311B,416A,416B,416C,521等方案),
混料回归设计(包括单形格子设计和单形重心设计)。②根据数学模型,
选用一定的步长, 用枚举法进行模拟仿真,
然后筛选出优化措施组合方案, 供生产上使用。③因子效应分析:
利用模型决定主要因子,
以明确生产实践中的主要矛盾。④采用模糊数学规划的原理,
寻求多个目标同时取得最优时的决策措施方案, 满足生产的需要。
4. 试验设计指导:
该模块提供了设计各种回归设计的通用方法。即使不懂回归设计的人,
只要根据提示窗口的内容, 输入正确的设计参数,也能很快地设计出一份高质量的试验实施方案。
5. 打印输出: 可分页打印出试验设计的实施方案和计算结果。
6. 系统配置: 对该系统的运行环境进行适当的配置,
以适应不同的需要。
系统的特点
1. 功能齐全, 通用性强: 首先SPRD能完成所有四类回归设计的试验实施方案的编制和试验结果的统计分析,
其次是它内部提供了计算F值、t值、X2值以及进行统计检验的函数与过程,
其三是对各项功能提供了热键帮助,
其四是还有一个非常方便的文本编辑器,
另外还提供了一个使用起来非常方便的计算器,
能随时进行加减乘除及函数运算。
2. 窗口式菜单提示, 用户界面友好: SPRD的用户界面如图2。它采用窗口式下拉菜单,
使用极为简便, 用户只需移动光标键或按住ALT键打一字母就可以选择一项功能,
不必键入命令。
3. 占用内存少, 运行速度快: SPRD使用了模块覆盖技术,
在其运行期间最多占用130KB的内存, 同时也采用了代码优化技术,
运行速度极快, 是一般解释BASIC的100倍,
如完成一个五因子的试验的全部统计工作仅需20秒。
4. 输入输出灵活方便: 在数据编辑器下输入数据非常方便,
而打印输出可在系统下直接进行, 也可在DOS下用软件包提供的独立的分页打印程序ASL打印。统计分析的结果均采用表格形式输出到文件中,
格式整齐,一目了然, 使用起来十分方便。
结语
一、SPRD是一个专业性比较强的回归设计软件包,
可为我国农业回归设计的进一步发展提供一个有力的工具,
使广大农业科技工作者从枯燥的数据中解放出来,
集中精力于试验的本身和结果的分析应用上。SPRD还有许多不足之处,
我衷心地希望广大科技人员在使用中提出宝贵意见。
二、采用Turbo Pascal编写完成了SPRD, 同时我们也得到了一些通用的Pascal
过程与函数, 制作了几个公共单元, 这样在今后进行类似的开发时,
免去重复劳动, 可缩短软件的开发周期。
三、农业应用软件的开发原则:
1. 实用性: 针对农业科研和生产中所需要的常用模型,
开发计算机软件。只有具有实际应用价值的软件才有生命力,
才能在生产实践中发展完善。
2. 通用性: 编制的软件不能只解决一个具体的问题,
应当能解决具有普遍性的一类问题, 从而提高编程效率。
3. 一定要有良好的用户界面, 尽量减少人机交互,
考虑到农业专业人员对计算机业务比较生疏, 应尽量使软件易学易用,
便于操作。一个具有良好用户界面的软件, 比较容易被用户接受,
反之则不然。
4. 尽量提高软件运行效率, 减少机器开销。虽然目前286/386等高档微机已开始普及,
但是农业部门的技术实力还比较差, 高档微机还比较少,在286/386机上运行很快的软件,
到PC/XT机上就慢得多, 所以要尽力优化软件的代码,
提高软件的运行效率。
主要参考文献
[1] 茆诗松等, 1981, 回归分析及其试验设计, 华东师范大学出版社
[2] 杨义群等, 1990, 回归设计与多元分析在农业上的应用, 天则出版社
[3] 吴健等, 1988, 农业栽培技术系统优化设计, 山东科技出版社
[4] 上海计算技术研究所, 1982, 电子计算机算法手册, 上海教育出版社
[5] 游疆来等, 1990, Turbo PASCAL高级实用编程指南, 北京科海培训中心
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