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GraphPad Prism 统计指南 | 光滑曲线、微分曲线和积分曲线 [推广有奖]

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单个Prism分析平滑曲线和/或将曲线转换为其导数或积分。






#1 求解曲线的导数或积分


一阶 导数 是曲线在每个X值处的陡度。曲线上坡时导数为正,曲线下坡时导数为负。在曲线的波峰和波谷,导数等于零。计算数值导数后,GraphPad Prism可按照您的选择对结果进行平滑处理。

二阶导数 是指导数曲线的导数。二阶导数在曲线的拐点处等于零。

积分 是指Y = 0处,曲线与直线之间的累积面积,或者您输入的其他值。

注:

  • GraphPad Prism不会执行符号代数或微积分。如果给Prism一系列用于定义曲线的XY点,其可以根据这一系列点,计算数值导数(或积分)。但是如果您给Prism一个方程,它不能计算出一个用于定义导数或积分的新方程。
  • 该分析对一条曲线进行积分,产生另一条显示累积面积的曲线。请勿与单独的Prism分析混淆,该Prism分析能够计算 曲线下面积的单个值。

#2 平滑曲线


如果从仪器导入曲线,您可能希望对数据进行平滑处理,以改善图表的外观。由于在平滑曲线时会丢失数据,因此在进行非线性回归或其他分析之前,不应对曲线进行平滑处理。 平滑并非一种数据分析方法,纯粹是一种用于创建更有吸引力的图表的方法。

GraphPad Prism为您提供了两种用于调整曲线平滑度的方法。您选择想要进行平均的相邻点数以及平滑多项式的级数。由于平滑的唯一目的是使曲线看起来更好,因此您可以简单地尝试一些设置,直至您接受这些结果的外观。如果设置过高,您会失去一些因平滑处理而去掉的峰值。如果设置过低,则曲线不够平滑。采用主观的正确平衡 - 试错法。

结果表的行数少于原始数据。


#3 请勿分析平滑处理之后的数据


平滑曲线可能产生误导。整个理念是减少模糊,因此您可以看到实际趋势。问题是您看到的趋势实际上可能不存在。在下图中,上面一行的三张图表是模拟数据。每个值均基于平均值为50、标准差为10的高斯分布得到。每个值均从该分布中独立提取出来,不考虑之前的值。当您查看这三张图表时,您会看到水平线周围的随机散点,这正是数据生成的方式。

在上图中,下面一行的三张图表示出了平滑后的相同数据(每侧平均10个值,并使用二阶平滑多项式)。当您看这些图表时,您会看到趋势。第一张图表的趋势是下降。第二张图表似乎以规则方式振荡。第三张图表的趋势是增加。所有这些趋势均为平滑的假象。每张图表显示的数据与上述图表相同。

通过确保将任何大的随机波动放大到高值或低值,同时抑制点到点的变异,平滑数据会产生趋势的印象。相关性、线性回归和非线性回归的一个关键假设是数据相互独立。对于平滑数据,该假设不正确。如果某值恰好是极高或极低值,则平滑后的相邻点亦如此。由于随机趋势被放大,随机散点被抑制,因此对平滑后数据进行的任何分析(这并不是平滑的意义所在)将无效。


#4 数学细节


一阶导数计算如下(x和Y是数据的数组;x和y是包含结果的数组)。

x' = (x[i+1]+x)/2

y'x' = (y[i+1] - y)/(x[i+1] - x

通过运行该算法两次,计算二阶导数,基本上是计算一阶导数的一阶导数。

GraphPad Prism使用梯形法则积分曲线。结果的X值与您正在分析的数据的X值相同。结果的第一个Y值等于您指定的值(通常为0.0)。对于其他行,得到的Y值等于前一个结果加上通过添加该点而添加到曲线的面积。该面积等于X值之间的差值乘以前一个结果与该Y值的平均值。

通过Savistsky和Golay(1)的方法完成平滑处理。

如果您要求Prism既平滑又转换为导数(一阶或二阶)或积分,GraphPad Prism会按顺序执行这些步骤。首先它创建导数或积分,然后进行平滑处理。


参考文献

1.A. Savitzky和M.J.E.,Golay, ;(1964)。 使用简化最小二乘法对数据进行平滑和微分处理。《分析化学》36(8):1627 - 1639


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关键词:GraphPad Prism GRAPH GRAP ISM

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