Экологический эксперимент (заметки) Алексей В. Тиунов, Константин Б. Гонгальский ИПЭЭ РАН,

Содержание Что-то все очень медленно меняется 3-й раз пробуем решить задачку Фишера Главные проблемы, которые приходится решать, но их слишком много Статистика Эксперименты Наблюдательные Измерительные Манипулятивные Борьба смысла с любопытством Ловушки сознания

НЕ самое главное, но предполагается, что вы все это (или аналоги) читали Русской литературы тоже много

Надежная основа В последнее время появилось (и появляется) все больше новых способов исследовать данные и тестировать гипотезы (статистика в этом следует за развитием других дисциплин). Но простейший безошибочный подход не меняется: следуй за сэром Рональдом! Ronald Aylmer Fisher (1935) Design Of Experiments Oliver and Boyd, London.

Дисперсионный анализ В ПОДАВЛЯЮЩЕМ большинстве случаев дисперсионный анализ будет самым простым, надежным и точным методом статистического анализа. Дисперсионный анализ (ANOVA) должен быть в голове даже тогда, когда он не нужен (просто потому, что в нем самая разработанная логика доказательств) Задача. Дано две выборки: 2, 4, 6 и 12, 14, 16. Даю приз тому, кто посчитает достоверность отличий здесь и сейчас. (Критерий Фишера F 1,4 =7.7) Ответ на последнем слайде

Классический Фишеровский дизайн Требует: Наличие повторностей и рандомизацию ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЕДИНИЦ. Блочный дизайн помогает повысить точность без увеличения числа повторностей.

Рандомизация = control= + N= + P= +N+P Factors-N+N -P0N +PPNP

Рандомизация + репликация Что-то вроде этого, наверное

Рандомизация + блочный дизайн

Как бы все было хорошо…

Но к нам приплыл Стюарт Хёлберт C 1980-х годов (и до сих пор) бравый лимнолог Хёлберт не дает расслабиться экспериментальным экологам. В 1984 г. он придумал (или ввел в оборот?) страшное слово «псевдорепикация». Жизнь эколога никогда уже не будет счастливой… Stuart H. Hurlbert, Ecol. Monographs 54, 1984.

Псевдоповторность бродит по экологии Самый частый пример

Схемы рандомизации – правильные Полностью рандомизированная Полностью рандомизированная Рандомизированная блочная Рандомизированная блочная Систематическая Систематическая

Схемы рандомизации – неправильные Простое разделение Простое разделение Групповое разделение Групповое разделение Изолирующее разделение Изолирующее разделение Связанные повторности Связанные повторности

Экспериментальные и наблюдательные единицы Kempthorne 1952, 1979 – цит. По Козлову и Хёлберту 2006

Две экспериментальные, 10 наблюдательных единиц Манипулятивный эксперимент, Пинежский заповедник. На вид - типичнейшая псевдорепликация, однако все не так плохо. (А. Уваров, С. Шой и А. Тиунов, из неопубликованного..)

Еще две экспериментальные единицы Другая повторность была в Германии, а третья – в Малинках. Стало быть n = 3.

Не очень много места осталось для НЕ экспериментальной экологии Эксперименты бывают: «Наблюдательные» - напр. географические зависимости «Измерительные» - применяем инструменты для измерения неких процессов «Манипулятивные» - собственно эксперимент; тестирование гипотезы в чистом виде. (это моя интерпретация, S. Hurlbert + Ch. Krebs, но смысл не меняется)

Измерительный эксперимент Манипуляции не делают эксперимент манипулятивным

Статистическая независимость и отличия наблюдательного (измерительного) и манипулятивного экспериментов Hurlbert 1997 – цит. По Козлову и Хёлберту 2006 Статистическая независимость…

Главная разница между «наблюдением»… Сравнение площадок МОЖЕМ сравнивать дисперсию ВНУТРИ и МЕЖДУ площадками (как того требует фишеровский дизайн)

И экспериментом Сравнение ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ площадок НЕ МОЖЕМ сравнивать дисперсию ВНУТРИ и МЕЖДУ площадками – они теперь РАЗНЫЕ!

Самое главное ЗАЧЕМ? Экспериментальная экологическая литература (и русская в особенности) полна повторениями. Это нормально – множество вопросов не решено. Но в результате новых экспериментов они так и остаются нерешенными…..

Хелен Филдинг / Бриджит Джонс Все, что приносит удовольствие Либо незаконно Либо аморально Либо приводит к ожирению

Хелен Филдинг / Бриджит Джонс Все, что вы хотите сделать Либо уже сделано Либо никому не нужно Либо невозможно опубликовать

Планирование ДВЕ цели планирования: 1) Получить четкий ответ на правильно заданный вопрос (проверить гипотезу, получить количественные данные) 2) Выбрать метод статистического анализа, т.е. систему доказательств свой правоты Вторую цель иногда труднее достигнуть, чем первую (Читать!) Но чаще всего трудность именно в правильном вопросе (Читать!) Один из подходов – начать с решения вопроса путем анализа уже опубликованных результатов (Юлия Коричева)

Логические ловушки Мы находим причину для всего. Предшествование - не есть причина. Нам кажется, что вероятность «объясненного» события выше, чем «просто события» Отсутствие признаков явления не есть признак отсутствия явления

Ответ SS всего = 166 SS внутри (d.f.=4) = 16 SS между (d.f.=1) = 150 MS эффект = 150 MS ошибка = 4 F = MS effect/MS error = 37.5 P

Спасибо за внимание