好的,我可以提供一个简化的Python代码示例来模拟四因素三水平数据,并计算得到P值小于0.0001的效应。我们会使用随机生成的数据,并设置某些效应的系数非常大,以保证显著性。
由于我们没有具体的模型形式和效应大小,我将使用一个简单的线性模型与随机噪声来模拟这些数据,并通过调整系数确保显著性。
import numpy as np
import pandas as pd
from statsmodels.formula.api import ols
from statsmodels.stats.anova import anova_lm
# 设置随机种子以确保可复现性
np.random.seed(123)
# 生成四因素三水平的Box-Behnken设计矩阵(按29次实验缩减)
factor_levels = np.array([1, 2, 3])
design_matrix = []
for i in range(factor_levels[0]):
for j in range(factor_levels[1]):
for k in range(factor_levels[2]):
for l in range(factor_levels[3]):
# 确保不是所有水平都是1(中心点)
if not (i == 1 and j == 1 and k == 1 and l == 1):
# 添加一个随机扰动来避免完全的组合
design_matrix.append(np.random.choice([0, 1], size=4))
design_matrix = np.array(design_matrix).T
design_matrix = pd.DataFrame(design_matrix, columns=['A', 'B', 'C', 'D'])
# 模拟响应值,为了得到非常小的P值,我们将一些因素的系数设置得非常大
response = (10 * design_matrix['A'] + 8 * design_matrix['B'] + 6 * design_matrix['C'] + 4 * design_matrix['D'] +
5 * design_matrix['A']**2 + 3 * design_matrix['B']**2 + 2 * design_matrix['C']**2 + design_matrix['D']**2 +
1 * design_matrix['A'] * design_matrix['B'] +
np.random.normal(size=design_matrix.shape[0]))
# 添加中心点数据(为了模拟通常在BBD中包含的中心点)
center_point = np.repeat([1], 4)
design_matrix = design_matrix.append(pd.DataFrame([center_point]), ignore_index=True)
response = np.append(response, np.random.normal(size=1))
# 构建模型并进行ANOVA分析
model = ols('Y ~ A + B + C + D + I(A**2) + I(B**2) + I(C**2) + I(D**2) + A:B', data=pd.DataFrame({'Y': response, **design_matrix})).fit()
anova_results = anova_lm(model)
print(anova_results)
# 提取P值并筛选小于0.0001的效应
significant_effects = anova_results[anova_results['PR(>F)'] < 0.0001]
print(significant_effects)
请注意,这段代码仅用于演示和教学目的,并且假设了某些系数的大小。在实际应用中,您需要根据您的实验设计和统计需求来设定这些参数。
此外,上面的代码中使用了I()
函数来指示非线性效应,这是因为statsmodels
的ols
函数默认处理线性项。如果您需要处理交互作用或其他复杂效应,可能需要手动构建设计矩阵和公式。
最后,np.random.normal(size=design_matrix.shape[0])
用于添加随机噪声到响应数据中,模拟实验误差。您可以调整噪声大小以影响最终的P值分布。