10 · Эксперимент и данные
Эксперимент и данные
Здесь курс превращается из «мы собрали ферму» в «мы это доказали». Ключевой навык раздела не Python, а дизайн: эксперимент, спланированный неверно, невозможно спасти никакой обработкой данных.
Занятие 11 · Дизайн опыта (защищается ДО запуска, к Ц4)
Микроцель: спроектировать опыт так, чтобы его результат вообще что-то значил.
Гипотеза формулируется заранее и в проверяемом виде
Плохо: «раствор с магнием улучшит салат». Непроверяемо — что такое «улучшит».
Хорошо: «при повышении Mg на 50% относительно базы мангольд группы A за 30 дней покажет меньшую долю листьев с хлорозом и не меньшую биомассу, чем контрольная группа Б». Здесь названы: фактор, величина изменения, культура, срок, измеряемые признаки и направление ожидания.
Четыре требования к контролируемому опыту
| Требование | Что делаем | Что будет, если пренебречь |
|---|---|---|
| Контроль | группа Б на базовом растворе, всё остальное идентично | любое изменение нельзя приписать протоколу — растения просто выросли |
| Один фактор | между A и Б отличается только состав раствора | если A ещё и ближе к окну, вы измерили свет, а не магний |
| Рандомизация | места растений в канале распределяются жребием | край канала освещён иначе; систематическое смещение притворится эффектом |
| Достаточное n | максимум растений, который влезает; n назван честно | при n=5 «не значимо» не означает «эффекта нет» |
Честный расчёт n для школьного прототипа. В канал 1–2 м влезает 8–12 растений, то есть примерно 5–6 на группу. Это очень мало. Прямое следствие, которое надо сказать ученикам заранее, а не после анализа: опыт способен обнаружить только крупный эффект. Если протокол даёт прибавку в 5–10%, эксперимент её не увидит — и это будет ограничением метода, а не отсутствием эффекта.
Отсюда же правило раздела 07: часть растений уйдёт на разрушающее измерение биомассы, и это надо заложить в n до посева, а не обнаружить в конце.
Что фиксируем и чем
| Признак | Как мерим | Когда | Тип |
|---|---|---|---|
| Высота растения | линейка, от узла до верхней точки | каждые 3 дня | неразрушающий |
| Площадь листа / индекс зелёного | камера + CV (раздел 09) | каждые 3 дня | неразрушающий |
| Доля листьев с хлорозом | визуально по классам раздела 07 | каждые 3 дня | неразрушающий |
| Биомасса | весы, после срезки | один раз, в конце | разрушающий |
| pH, EC, t раствора | датчики → TimescaleDB | непрерывно | автоматически |
| Долив воды | журнал, в литрах | при каждом доливе | вручную |
Занятие 12 · Журнал: данные, которые переживут месяц
Журнал — это часть прибора. Через три недели никто не помнит, почему 14-го числа EC подскочил: долили раствор вместо воды? заменили датчик? был жаркий день? Незаписанное событие превращает аномалию в необъяснимую, а необъяснимую аномалию приходится либо выбрасывать (потеря данных), либо объяснять догадкой (потеря честности).
Минимум записи: дата, время, кто, что сделал, что измерил, что показалось странным. Последняя графа ценнее остальных: именно она спасает анализ.
Обязательно фиксируются: доливы (объём и чем — водой или раствором), любая коррекция pH, замены и калибровки датчиков, перезапуски узлов, аномальная погода и всё, что делалось с растениями руками.
Занятия 14–15 · Анализ данных
Рабочий инструмент — analysis.py: выгружает метрики из TimescaleDB, строит тренды, сравнивает группы и считает корреляцию.
# пароль — из окружения, а не из кода (он бы уехал в git навсегда)
HYDRO_DB_PASS='...' python3 analysis.pyЗанятие 14 · Тренды
Микроцель: построить график, который можно показать жюри.
Требования к графику, они же критерий приёмки: подписанные оси с единицами, легенда, осмысленный заголовок. График без единиц измерения на защите не считается результатом.
Что читаем на трендах: суточные ритмы (t и освещённость), дрейф EC вверх между доливами (это испарение, раздел 05 — а не эффект протокола), провалы данных (узел молчал — и это видно в журнале).
Занятие 15 · Сравнение групп и корреляция
Микроцель: выбрать критерий под свой n и назвать размер эффекта.
analysis.py автоматически берёт критерий Манна—Уитни вместо t-критерия. Причина простая: t-критерий предполагает нормальность распределения, а на пяти растениях нормальность невозможно проверить — значит и предполагать её нельзя. Манна—Уитни такого требования не предъявляет. Это ровно та же логика Ц5: метод выбирается под то, что мы реально знаем о данных, а не по привычке.Размер эффекта важнее p-значения. p отвечает только на вопрос «похоже ли это на случайность». Насколько велико различие, показывает лишь сам эффект — разница средних. В защите нужны оба числа: «биомасса A выше на 1,0 г (p = 0,03)». Одно p без величины эффекта — это отчёт, из которого не видно, важен ли результат практически.
Лестница интерпретации
flowchart LR
A["Сырые данные<br/>readings + журнал"] --> B["Признак<br/>средняя высота, доля хлороза"]
B --> C["Сравнение<br/>A vs Б, критерий под n"]
C --> D["Вывод<br/>строго в границах данных"]
D --> E["Протокол<br/>воспроизводимость"]
Ловушки интерпретации (разбираются на занятии 15)
| Ловушка | Как звучит в докладе | Почему неверно |
|---|---|---|
| Корреляция как причина | «EC выше → биомасса больше, значит надо повышать EC» | возможна третья переменная; и EC, и рост зависят от температуры |
| Дрейф как эффект | «EC вырос — протокол работает» | EC растёт сам от испарения (раздел 05) |
| Фенотип как состав | «листья зеленее → магния больше» | камера меряет цвет, не концентрацию (раздел 09) |
| «Не значимо» как «нет эффекта» | «различий нет» | при n=5 мощность мала: эффект мог быть и не обнаружиться |
| Признак задним числом | «зато выросла высота» | признаки фиксируются до опыта, иначе это подгонка |
Мини-проверка выхода (Ц4)
- Почему список измеряемых признаков фиксируют до посева? (иначе любой случайный сдвиг объявят подтверждением)
- EC в баке за неделю вырос на 0,3 мС/см. Это эффект протокола? (нет; сначала проверить журнал доливов — вероятнее испарение)
- У вас n = 5 на группу, p = 0,4. Можно ли написать «протокол не работает»? (нет; только «различий не обнаружено при низкой мощности опыта»)
- Почему рандомизируют места растений в канале? (край и середина освещены и проливаются по-разному; иначе систематическое смещение выглядит как эффект)