实验设计

全因子设计 | 实验方案生成与因子空间探索 | Lattice

当你在实验中需要全面考察多个影响因素,并希望通过最严谨的组合方式找出所有潜在的交互影响时,全因子设计是基础选择。它通过系统化排列所有可能的水平组合,确保你覆盖整个实验空间,从而为后续的模型分析提供最扎实的原始数据支持。

全因子设计的原理

全因子设计通过遍历每一个因子的每一个设定水平,将所有可能的情况组合成一份完整的矩阵。这种方法不仅关注单个因子对结果的影响(即主效应),还能清晰地拆解出多个因子结合时产生的协同或抵消效果,即交互作用。

在 Lattice 中,该方法会输出包含自然单位(如具体的温度数值)与编码单位(-1 到 +1)的完整矩阵。这种双重表达方式既方便实验人员直接在设备上操作,也为后续的数据建模提供了标准化的输入格式。

处理混合水平实验

许多工艺场景不仅包含二水平因子,还可能涉及三水平或更多水平的复杂变量。全因子设计支持混合水平配置,这意味着你可以灵活设定不同因子的变动跨度,而无需强行统一所有因子的水平数量。

这种灵活性确保了实验矩阵能够贴合真实的物理约束,而不是为了迁就工具而扭曲实验设计。Lattice 在生成矩阵时会自动处理不同水平数的组合,确保最终产出的实验方案结构严谨且具有高度的可解释性。

随机化与实验执行

为了避免在长周期实验中因设备老化、环境变化或时间漂移导致的系统误差,Lattice 支持对生成的方案进行随机化处理。通过设置随机种子,你可以确保执行顺序的科学性,同时通过保留 standard_order 字段,确保数据分析阶段仍能追踪到原始的几何逻辑。

这种确定性的生成逻辑与随机化的执行顺序相结合,既保证了实验数据的纯净度,又降低了人为偏见对最终结果的影响。在开展实验前,建议根据实际的设备条件锁定随机种子,以便在必要时复现实验顺序。

1 · Intent → method

An LLM picks doe_generate_full_factorial from a fixed catalog.

2 · Method → numbers

Deterministic Python engine runs the math. Same input → same output.

3 · Numbers → plain language

A second LLM translates the result into your domain’s vocabulary.

  • 为什么全因子设计适合因子较少的情况?

    全因子设计实验次数随因子和水平的增加呈指数增长(L^k)。当因子超过 4 个时,实验量会迅速变得巨大且难以执行。对于较多因子的情况,建议考虑部分因子设计或筛选设计。

  • 在 Lattice 中生成的实验方案为什么要包含标准序?

    标准序(Standard Order)是全因子设计的数学基础,它保留了实验组合的逻辑结构。即使你在执行时使用随机序来消除时间漂移的影响,保留标准序仍能方便你在后期对比分析实验结果时进行回溯与核对。

Tool 输入字段

Schema for doe_generate_full_factorial not exported yet (run pnpm export:registry).