试验设计DoE:生活中的交互作用

之前的几篇文章,介绍了交互作用的定义、计算公式、图形化表达、以及本质。

之前也提及,试验设计相比于传统的一次一因子(OFAT)方法有两个优势,一是更少的试验次数,二是考虑了因子间可能存在的交互作用。前者涉及到试验效率,不用DoE的话,可以用堆资源/996的土方法来解决;而后者涉及到试验成败,如果忽略了关键因子,再忙碌也是抓瞎。

回顾交互作用的定义和本质:

如果因子A的效应依赖于因子B所处的水平,则称A与B之间有交互作用(interaction)

总响应的变化,不等于独立改变因子A和因子B的单独变化之和。

用更简练的语言描述:总体不等于部分之和;世界是非线性的。

在电影《Flipped》(中文译名《两小无猜》)中,朱莉爸爸分享的人生智慧,就是”总体大于部分之和”。

回到生活中的交互作用,一个非常典型的例子,就是药物和酒精的交互作用。

人们常说”抛开剂量谈毒性,都是耍流氓”,这里强调的是响应和剂量之间的非线性,每年都会有人因为过量服用感冒药而进入急救室;但这不是我们这儿要讨论的交互作用导致的非线性。

许多人可能都见过那些警示图表:酒精和各种药物同时摄入会产生的严重后果。因为药物和酒精不是简单的效应叠加,而是典型的交互作用。

举一个例子,一个人只喝酒可能不感到有任何副作用,他只吃安眠药可能也没有任何反应,但当他同时喝酒并服用安眠药时就会致死。这就是交互影响的效应,即只有两种项目综合起来才发生的结果。

每年都会有一些社会新闻,因为生病期间喝酒,导致肝衰竭、休克等严重后果。

生活中的化学知识,也蕴含着交互作用,比如《世界级质量管理工具》分享的案例:

一个“发疯”的科学家用一瓶氢气和一瓶氧气的,进行试验,他点起火柴,分别放在两个瓶子处,没有什么事情发生。后来他把两种气体按一定的比例混合,再点火柴时,他马上被掀翻在地,到另一个世界去了。这就是一个交互影响的效应。

沼气池遇明火爆炸,酵母和面粉做馒头,也是交互作用的例子。

但上面的案例比较简单,更多是”有、无”这两种水平下的明显差异,只要明白机理就很容易理解和掌握。

更复杂的交互作用,是与药物剂量(因子的水平)相关,这也是试验的魅力和难点所在。

“三个臭皮匠,胜过诸葛亮”,同样体现交互作用的影响。通常,每个人各怀有有限的一技之长,若大家合在一起工作,常常会得到不寻常的结果。体育世界如此,一支弱旅,因为良好的团队协作,可以击败耀眼明星组成的竞争对手。比如1998年世界杯足球赛决赛,法国队以令人难以置信的3:0战胜了包括罗纳尔多等明星的巴西队。这就是团队的交互影响,团队的协作,团队的共同奋斗。