Statistical inference: Thiết kế thực nghiệm

Experimental design

Trong bài viết này, ta sẽ nói về các nguyên tắc trong thiết kế thực nghiệm và các thuật ngữ dùng trong quy trình này.

Các nguyên tắc trong thiết kế thực nghiệm

Bốn nguyên tắc trong thiết kế thực nghiệm gồm

• Kiểm soát (control): có nghĩa là so sánh nhóm được điều trị (treatment group) với nhóm được kiểm soát (control group).
• Ngẫu nhiên (randomize): có nghĩa là phân phối ngẫu nhiên (randomly assigning) các đối tượng vào nhóm điều trị.
• Nhân rộng (replicate): có nghĩa là thu thập dữ liệu đủ lớn hay nhân rộng dữ liệu để điều tra.
• Gom nhóm (block): nếu tồn tại các thuộc tính được biết hay được cho là có ảnh hưởng đến các thuộc tính đang điều tra (response variable), đầu tiên ta sẽ gom nhóm các đối tượng này thành từng block dựa theo những thuộc tính này, sau đó ta sẽ phân phối ngẫu nhiên các đối tượng trong từng block vào nhóm đang điều trị.

Nói thêm về nguyên tắc gom nhóm:

Giả sử chúng ta muốn thiết kế một thực nghiệm để điều tra về việc sử dụng nước tăng lực có làm bạn chạy nhanh hơn không. Ta có treatment group là nhóm có sử dụng nước tăng lực, còn control group thì không.

Ta nghi ngờ rằng việc sử dụng nước tăng lực sẽ có ảnh hưởng khác nhau lên các vận động viên chuyên nghiệp (pro) và nghiệp dư (amateur). Khi đó, ta sẽ tạo phân chia block như sau:

• Phân chia mẫu dữ liệu thành nhóm pro và amateur
• Phân phối ngẫu nhiên hai nhóm pro và amateur vào treatment group và control group.
• Khi đó, pro và amateur mô tả tương đồng nhau ở cả hai nhóm.

Bằng cách này, nếu ta tìm được sự khác biệt về tốc độ chạy giữa treatment và control group, ta có thể đưa thuộc tính này vào treatment group đó là nước tăng lực. Ta có thể đảm bảo rằng điểm khác biệt này không chỉ xuất hiện trên nhóm pro, vì cả hai nhóm pro và amateur được phân phối mẫu bình đẳng cho hai nhóm treatment và control.

Làm thế nào để phân biệt giữa thuộc tính blocking và thuộc tính exploratory?

Exploratory variable còn được gọi là factor: là những điều kiện mà ta có thể áp đặt lên các đối tượng thực nghiệm. Ngược lại, blocking variable là những đặc điểm mà các đối tượng thực nghiệm đi kèm, mà chúng ta muốn kiểm soát.

Blocking cũng giống như stratified ngoại trừ việc blocking được sử dụng để thiết lập các điều kiện thực nghiệm khi phân phối ngẫu nhiên (randomly assignment) thay vì lấy mẫu ngẫu nhiên (randomly sampling).

Các thuật ngữ liên quan

• placebo: là treatment giả, thường được dùng như control group trong nghiên cứu y học.
• placebo effect: là hiệu ứng xảy ra khi các đối tượng thực nghiệm cho thấy những thay đổi tích cực mặc dù đang ở trong control group. Lý do, những đối tượng này tin rằng mình đang được điều trị đặc biệt nhưng thật chất họ chẳng được điều trị gì cả.
• blinding: là hiện tượng xảy ra khi các đối tượng thực nghiệm không biết mình đang ở trong nhóm nào, treatment hay control group.
• double blind: là hiện tượng xảy ra khi cả đối tượng thực nghiệm lẫn người nghiên cứu thực nghiệm không biết mình đã phân phối vào nhóm nào.