ゼロから実験計画法をはじめる人には、私はR言語をおすすめします。本記事ではRで実験計画法をはじめるために必要なことをまとめてみました。
R言語で実験計画法をはじめる
実験計画法を学び始めると、Excelを使用した要因配置計画や、商用ソフトを使った計画作成・解析のやり方を目にすると思います。
しかし、複雑な計画や統計の処理にExcellでは役不足ですし、商用ソフトは買うと高いし中でどんな計算をしているか理解できない、といったデメリットがあると思います。
そこで、私がおすすめしたいのがR言語です。
プログラミング言語と聞くと難しいイメージがあるかもしれませんが、Excelよりはるかに高度な処理ができますし、自分である程度プログラムを書くので、何をやっているか理解しやすいというメリットがあります。
以下でRのインストールから具体的な解析方法まで、説明していきますので、プログラミングになれていない方でも十分使えるようになりますよ！
RとRstudioのインストール
Rとは統計処理などによく使われる言語で、RstuidoはR言語用の統合開発環境（エディタ・実行画面などが一体になったもの）です。
RとRstudioのインストールに関しては、わかりやすいサイトがありましたので、こちらの記事を参考にしてインストールしてみましょう。
実験計画法のためのRパッケージ
Rには「パッケージ」というものがあります。パッケージとは、Rのいろいろなプログラムをまとめたものです。
パッケージをインストールすると、そのパッケージに入っている多くの関数を使用することができるので、統計処理などを自分でプログラムする手間を省くことができます。
そして、Rには実験計画法向けのパッケージが多く存在します。
実験計画法向けのRパッケージの説明が下のサイト
https://cran.r-project.org/web/views/ExperimentalDesign.html
に載っていますので、英語が苦にならない方は眺めてみてくださいね。
実験計画法パッケージのインストールと計画の作成方法
先ほどのCRANサイトからパッケージをインストールして、どのように実験計画法を行うのか見ていきましょう。
以下では、要因配置計画・一部実施要因配置計画・Plakett-Burmann計画を作成します。使用するのは"FrF2"というパッケージです。
Rstudioでパッケージをインストールする画面を以下に示しました。
- 右下のPackagesタブのInstall（赤丸で囲ったところ）をクリックする
- 画面中央にダイアログが出てくるので、インストールしたいPackegeの名前（ここではFrF2）を入力して、インストールする
- Rstudioは左上の画面にプログラムを書いて、左下の画面に実行結果が出る
- インストールしたパッケージを使用するにはlibrary（パッケージ名）と書いて実行する必要があります（実行はCtrl+Enter）
パッケージをインストールして、library（パッケージ名）まで実行できたら、いよいよ実験計画法の計画を作成してみます。
> #3要因の要因配置計画 > FrF2(nruns=8, nfactors=3) creating full factorial with 8 runs ... A B C 1 -1 -1 1 2 1 -1 -1 3 -1 -1 -1 4 1 1 1 5 -1 1 -1 6 -1 1 1 7 1 1 -1 8 1 -1 1 class=design, type= full factorial > #3要因の一部実施要因配置計画 > FrF2(nruns=4, nfactors=3) A B C 1 1 -1 -1 2 -1 -1 1 3 1 1 1 4 -1 1 -1 class=design, type= FrF2 > #12試行11要因のPlackett-Burmann計画 > pb(nruns = 12) A B C D E F G H J K L 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 2 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 3 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 4 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 5 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 6 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 7 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 8 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 9 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 10 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 11 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 12 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 class=design, type= pb >
上ではパッケージFrF2の中の2つの関数FrF2とpbを用いて、要因配置計画・一部実施要因配置計画・Placket-Burmann計画を作成しました。
関数の使い方に迷ったときは、実行画面で"help(FrF2)"を実行してみましょう。Rstudioの右側の"Help"タブのところに、関数の使用方法がバーッと出てきますので、それをよく読めば色々な設定が出来ます。ただ、すべての設定を覚える必要はありませんので、よく使う設定だけ、今後ブログに更新していこうと思います！
まとめ
Rstuidoをインストールして、実験計画法の計画を作成する具体的な手順を説明しました。この後の流れとしては、出力結果にでてきたA, B, Cに実際の要因を割り当てて実験を行い、結果を解析するだけです。解析もRを使って行うことが出来ます。さまざまな解析方法については、こちらにまとめていきたいと思っておりますので、ぜひご覧ください！！
参考書籍
今回はRを使った実験計画法を紹介しましたが、実は、一番最初に私が皆さんにおすすめしたいのは、Excelで計算を一つずつ実際にやってみることです。私は、実験計画法を始めたときは、まずExcelでやってみました。一つ一つの計算が分かった後で、プログラミングで楽をした方が、つまずかないで済むので早く習得できるのと思います。急がば回れです。
