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試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個基本原理是重復(fù)，隨機(jī)化，以及區(qū)組化。

所謂重復(fù)，意思是基本試驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行。重復(fù)有兩條重要的性質(zhì)。第一，允許試驗(yàn)者得到試驗(yàn)誤差的一個估計(jì)量。這個誤差的估計(jì)量成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計(jì)上的試驗(yàn)差的基本度量單位。第二，如果樣本均值用作為試驗(yàn)中一個因素的效應(yīng)的估計(jì)量，則重復(fù)允許試驗(yàn)者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計(jì)量。如s2是數(shù)據(jù)的方差，而有n次重復(fù)，則樣本均值的方差是s2/n。這一點(diǎn)的實(shí)際含義是，如果n=1，如果2個處理的y1=145，和y2=147，這時我們可能不能作出2個處理之間有沒有差異的推斷，也就是說，觀察差147-145=2可能是試驗(yàn)誤差的結(jié)果。但如果n合理的大，試驗(yàn)誤差足夠小，則當(dāng)我們觀察得y1　隨機(jī)化是試驗(yàn)設(shè)計(jì)使用統(tǒng)計(jì)方法的基石。

所謂隨機(jī)化，是指試驗(yàn)材料的分配和試驗(yàn)的各個試驗(yàn)進(jìn)行的次序，都是隨機(jī)地確定的。統(tǒng)計(jì)方法要求觀察值(或誤差)是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量。隨機(jī)化通常能使這一假定有效。把試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾S機(jī)化亦有助于“均勻”可能出現(xiàn)的外來因素的效應(yīng)。

區(qū)組化是用來提高試驗(yàn)的精確度的一種方法。一個區(qū)組就是試驗(yàn)材料的一個部分，相比于試驗(yàn)材料全體它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類似。區(qū)組化牽涉到在每個區(qū)組內(nèi)部對感興趣的試驗(yàn)條件進(jìn)行比較。

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