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1.总变异：总变异反映所有观察值的变异，其大小用均方MS总来反映。MS总为观察值X与总均值离均差平方和SS总与相应的自由度υ总之比，计算公式为：
SS总＝∑（X-）2＝∑X2－C，υ总＝N－1
MS总＝SS总/υ总
式中：C＝（∑X）2/N，N代表总样本含量。
完全随机设计的方差分析将总变异分解为组间变异和组内变异两部分。
2.组间变异：不同处理组样本均数之间的差异称为组间变异。组间变异可以采用组间均方MS组间来反映，MS组间为组间离均差平方和SS组间与相应自由度υ组间之比，计算公式为：
式中：k表示不同的处理组；ni代表第i组的样本含量。
3.组内变异：处理组内每个观察值之间的差异称为组内变异，引起组内变异的原因是个体变异和测量误差。组内变异采用组内均方MS组内来反映，MS组内为组内的离均差平方和SS组内与相应的自由度υ组内之比，计算公式为：
SS组内＝∑（X—）2或SS组内＝SS总－SS组间，υ组内＝N－k
MS组内＝SS组内/υ组内
可以证明：
SS总＝SS组间＋SS组内
υ总＝υ组间＋υ组内
方差分析的无效假设H0为：μ1＝μ2＝…＝μk，即所有总体均数相等，相应的检验统计量F为：
F＝MS组间/MS组内
若无效假设成立，即处理效应相同，则组间变异应与组内变异一样均只反映随机误差的大小，F值接近于1.相反，若根据样本算得F的值过大，则拒绝无效假设。
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