소개글
"생명공학 확률과통계"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험계획법과 실험구설계
1.1. 실험계획법의 개념 및 절차
1.1.1. 실험 목적 설정
1.1.2. 특성값 및 수준의 선택
1.1.3. 실험의 수행
1.1.4. 데이터 분석
1.1.5. 결론 및 조치
1.2. 실험구 설계의 기본 조건
1.2.1. 실험 변수의 조작
1.2.2. 외생변수의 통제
1.3. 실험구 설계의 주요 요소
1.3.1. 변수
1.3.2. 가설
1.3.3. 상호작용
1.3.4. 처리
1.3.5. 실험단위
1.3.6. 요인과 수준
1.3.7. 실험오차
1.3.8. 편의
1.3.9. 반복
1.3.10. 랜덤화
1.3.11. 오차조절
1.4. 확률화블록설계
1.4.1. 확률화블록설계의 개념
1.4.2. 확률화블록설계의 장단점
1.5. 라틴방격설계
1.5.1. 라틴방격설계의 개념
1.5.2. 라틴방격설계의 장단점
2. 기저율과 대표성
2.1. 기저율의 개념과 활용
2.2. 대표성에 의한 자동적 평가
2.3. 대표성의 오류
2.4. 인지능력 변화와 실험
2.5. 무시와 게으름의 문제
3. 통계학의 개념과 활용
3.1. 통계학의 역사와 발전
3.2. 인문·사회과학에서 통계학을 사용하는 이유
3.3. 통계학의 한계와 극복 방안
3.3.1. 추론에 불과함
3.3.2. 빅데이터 분석의 활용
4. 참고 문헌
본문내용
1. 실험계획법과 실험구설계
1.1. 실험계획법의 개념 및 절차
1.1.1. 실험 목적 설정
실험의 목적 설정은 연구 대상과 현재의 문제점을 정확하게 확인하고, 그에 따른 실험의 목적을 구체적으로 정하는 단계이다. 실험의 목적에 따라 실험 계획 방법이 달라지므로 이 단계가 매우 중요하다.
실험의 목적은 명확하고 구체적이어야 한다. 실험을 통해 검증하고자 하는 가설이나 해결하고자 하는 문제를 구체적으로 설정해야 한다. 예를 들어 "신약의 효과를 검증한다", "특정 제품의 최적 생산 조건을 찾는다" 등과 같이 실험을 통해 얻고자 하는 결과를 명확히 해야 한다.
실험의 목적을 잘못 설정하면 불필요한 실험이 진행되거나 실험 결과를 잘못 해석할 수 있다. 또한 실험의 목적이 명확하지 않으면 실험 설계, 데이터 분석 등 이후 단계에서 혼란이 발생할 수 있다.
따라서 실험 계획의 첫 단계인 실험 목적 설정은 실험의 성공을 위해 매우 중요하며, 이후 모든 실험 과정에 걸쳐 지속적으로 참고해야 한다.
1.1.2. 특성값 및 수준의 선택
실험 계획 시 특성값 및 수준의 선택은 매우 중요한 단계이다. 실험계획법의 두 번째 단계인 '특성값 및 수준의 선택'은 실험을 통해 최종적으로 얻게 될 반응값을 선정하고 예상되는 변수를 추출하는 과정이다.
이 단계에서는 실험의 목적에 부합하는 반응값을 선정하고 예비 실험을 통해 관심 영역을 설정하며, 선별시험을 수행하여 실험에 투입될 변수와 그 수준을 선택하게 된다.
반응값은 실험 계획에 따라 실험을 실시하였을 때 얻을 수 있는 측정값으로, 실험의 결과를 나타내는 값이다. 예를 들어 의약품 개발 실험에서는 추출 공정의 수율이 반응값이 될 수 있다.
변수는 실험에 있어서 환경이나 외부 인자에 따라 변화가 나타날 수 있는 요인으로, 실험계획법에서는 크게 세 가지 유형의 변수로 구분된다. 독립변수는 실험자가 인위적으로 조작하는 변수이고, 종속변수는 독립변수의 영향을 받아 변화되는 변수이며, 외생변수는 독립변수와 종속변수 이외의 기타변수이다.
실험 수행 전 단계에서 예비 실험을 통해 관심 영역을 설정하고, 선별시험을 수행하여 이들 변수와 그 수준을 선택하게 된다. 변수의 수준이란 변수가 가질 수 있는 구체적인 값 또는 상태를 의미하며, 실험을 통해 달성하고자 하는 목표에 따라 적절한 수준을 선택해야 한다.
예를 들어 의약품 개발 실험에서 추출 온도, 추출 시간, 추출 농도 등이 독립변수가 될 수 있으며, 각각의 변수에 대해 서로 다른 수준을 설정하여 실험을 진행할 수 있다. 이때 실험의 목적이 최적 추출 조건을 찾는 것이라면 변수의 수준을 실험 목적에 부합하도록 결정해야 한다.
이처럼 실험계획법의 두 번째 단계인 '특성값 및 수준의 선택'은 실험을 통해 얻고자 하는 정보와 변수의 특성을 고려하여 반응값과 실험 변수의 수준을 결정하는 단계로, 실험 결과의 신뢰성과 타당성을 확보하는 데 매우 중요한 역할을 한다.
1.1.3. 실험의 수행
실험의 수행 단계에서는 처음 계획대로 실험이 단계별로 원활하게 진행되는지 여부를 확인하는 것이 중요하다. 특히, 실험의 변수로 선택된 조건 이외의 조건들은 최대한 동일한 환경을 유지하도록 하여 외부에 의한 오차를 최소화해야 한다. 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차 요인들을 사전에 잘 파악하고, 이를 통제하기 위한 방법을 강구해야 한다. 예를 들어 실험 장비의 정확성, 실험 수행자의 숙련도, 실험 시간 및 장소의 변화 등이 오차로 작용할 수 있다. 따라서 이러한 요인들을 철저히 관리하여 실험이 계획대로 수행될 수 있도록 하는 것이 중요하다. 또한 실험 도중 예상치 못한 상황이 발생할 경우 그에 대한 대처 방안을 사전에 준비해두는 것이 필요하다. 이를 통해 실험 수행 과정에서의 오류를 최소화하고, 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있다.
1.1.4. 데이터 분석
얻어진 데이터를 기반으로 통계적 분석을 수행하여 결론 과정에서의 객관성 확보를 도모한다" 데이터 분석은 그래프 및 차트 분석을 통해 실험결과에 대한 대략적인 결론을 도출한다. 실험을 통해 얻은 데이터는 실험계획 때 선정한 모형에 따라 적절하게 분석된다. 데이터 분석에서는 기술통계량 분석, 분산분석, 회귀분석 등 실험 목적과 데이터 특성에 맞는 적절한 통계기법을 선택하여 적용한다. 이를 통해 실험결과에 대한 객관적인 해석이 가능해지며, 실험 결과의 신뢰성을 높일 수 있다. 예를 들어, 의약품 개발 실험에서는 실험 조건별 수율에 대한 기술통계량 분석과 함께 주요 인자들의 영향력 분석을 위한 분산분석을 수행하여 최적 실험 조건을 탐색할 수 있다. 이처럼 데이터 분석 단계에서는 실험 목적에 부합하는 통계적 접근을 통해 실험결과를 객관적으로 해석하고 결론을 도출할 수 있다.
1.1.5. 결론 및 조치
실험계획법의 결론 및 조치 단계에서는 데이터 분석이 완료되면, 분석 결과를 기초로 실제적인 결론을 내리고 이에 따른 조치를 취하게 된다. 예를 들어 실험의 목적이 최적 조건의 발견이라면 실험을 통해 발견되는 최적 조건의 문제점을 확인하고 재현성 시험을 수행해야 한다. 그리고 선별시험이 실험의 목적이라면 분석 데이터를 기초로 유효성을 확인해야 한다. 즉, 실험계획법의 마지막 단계는 실험 결과를 바탕으로 최종 결론을 내리고 이를 실제에 적용할 수 있는 방안을 모색하는 것이다. 실험 수행 과정에서 예상치 못한 문제나 오차가 발생했다면 이를 보완하고 개선하기 위한 조치를 취함으로써 실험의 신뢰성과 정확성을 높일 수 있다. 이처럼 실험계획법의 결론 및 조치 단계는 실험의 최종 목표를 달성하기 위한 핵심적인 역할을 담당한다고 볼 수 있다.
1.2. 실험구 설계의 기본 조건
1.2.1. 실험 변수의 조작
실험 변수의 조작은 실험구 설계의 핵심적인 요소이다. 실험 변수의 조작이란 실험자가 실험의 결과에 영향을 미치는 요인을 인위적으로 변화시키는 것을 말한다. 실험자는 실험 계획에 따라 관심 변수(독립변수)의 수준을 다양하게 변화시킴으로써 그 변화에 따른 결과변수(종속변수)의 변화를 관찰하고 분석할 수 있다.
이때 실험자는 실험 변수 이외의 다른 요인들이 실험 결과에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 외생변수를 최대한 통제하여야 한다. 외생변수란 독립변수와 종속변수 이외에 실험 결과에 영향을 줄 수 있는 기타 변수를 의미하며, 실험자는 이러한 외생변수들의 영향을 최소화하기 위해 노력해야 한다.
실험 변수의 조작과 외생변수의 통제는 실험구 설계의 기본 조건이 되며, 이를 통해 실험자는 실험의 내적 타당성을 확보할 수 있다. 즉, 실험 결과가 실험 변수의 변화에 의한 것임을 입증할 수 있게 되는 것이다. 이러한 실험 변수의 조작과 외생변수의 통제는 실험구 설계의 핵심 요소인 변수, 가설, 상호작용, 처리, 실험단위, 요인과 수준, 실험오차, 편의, 반복, 랜덤화, 오차조절 등과 밀접하게 연관되어 있다.
따라서 실험구 설계에 있어 실험 변수의 조작과 외생변수의 통제는 매우 중요한 과정이라고 할 수 있다.
1.2.2. 외생변수의 통제
외생변수의 통제란 실험에 직접적으로 관계가 있는 실험변수와 결과변수 이외의 기타변수로, 결과변수에 영향을 미칠 수도 있는 변수이기 때문에 최대한 변화가 없도록 통제하는 것을 말한다"
실험 설계 시 실험 변수 이외의 다른 요인들은 실험 결과에 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 외생변수들을 최대한 통제해야 한다. 외생변수의 통제를 위해서는 실험 조건을 최대한 동일하게 유지하거나, 실험 참여자들을 무작위로 배정하는 등의 방법을 사용한다.
예를 들어 새로운 교육 방법의 효과를 연구하는 실험에서는 참여자들의 사전 지식 수준, 동기 ...
참고 자료
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에디티지 인사이트 보도자료, Dr. Jo Røislien 인터뷰: 생물통계학자의 역할이 어느 때보다도 큰 시기, 2015년 02월 02일.
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