1.第一個原則:重復測試
重復測試意味著一種處理應用于多個測試單元。這些單位是在我們的統計推斷中由一個過程形成的總體的代表，它使我們能夠估計檢驗誤差的大小。通常，顯著性檢驗是用隨機誤差比較不同處理之間的差異。只有當處理間差異顯著大于隨機誤差時，才能說“處理間差異顯著”。沒有隨機誤差就沒有統計推斷，所以在實驗設計中安排重復試驗是很重要的。
應該注意的是，不同的單元必須是可復制的，而不僅僅是同一個單元。換句話說，我們必須重新做測試，也就是重復測試，而不僅僅是重復觀察或取樣。比如上面的例子。必須在相同的工藝條件下生產兩罐或更多罐的合成氨，而不是僅僅從同一罐合成氨中取不同的樣品來測試純度。顯然，從同一罐合成氨中取不同樣品測得的純度差異較小，而從不同罐合成氨中取不同樣品測得的純度差異較大。用重復相同單元得到的差值來估計隨機誤差，會低估測試誤差，結論不可靠。實驗中必須有真實的重復。
2.第二個原則:隨機化
隨機化意味著以完全隨機的方式安排每個實驗和/或測試單元的順序。這樣做的目的是防止對響應變量的一些未知的系統影響。如果我們按照訂單在同一天進行八項測試，會有什么問題？如果當天的電壓有由高變低的趨勢，而恰恰是電壓的降低會導致純度的降低，那么很明顯，前四次測試是在電壓較高的情況下進行的，后四次測試是在電壓較低的情況下進行的。如果完全打亂這八項測試的順序，就不會再出現上述問題。隨機化并不能減少測試誤差本身，但隨機化可以防止一些未知的系統影響反應變量。
3.第三個原則:區域化
測試單元之間難免會有一些差異。如果我們能夠按照一定的方式將它們分組，并且每組內部的差異能夠保證很小，也就是同質的，那么我們就可以很大程度上消除大的測試誤差對分析造成的不利影響。
一組同質的試驗單元稱為一個區塊，將所有試驗單元分成若干個區塊的方法稱為分區或分組。通過比較同一區塊內各處理間的差異，可以在處理效果的比較中消除區塊效應，從而使整個實驗的分析更加有效。
比如假設上(下)午時段差別不大。但是上午和下午可能會有很大的區別，所以我們會把上午和下午當作兩個區塊。這時，在分析中，我們可以擺脫上午和下午的差異的影響，或者盡量把所有的實驗都安排在上午(或下午)。如果劃分組是有效的，這種方法可以分離分析中各塊之間的差異，可以大大降低可能存在的未知變量的系統影響，這就是劃分組的優點。當然，還應該使用隨機化來安排測試順序和測試單元在塊中的分配。什么時候使用分區組，什么時候使用隨機化？在實驗設計時，應遵循以下原則:“能分組者分組，不能分組者隨機化”
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