Plánovaný experiment: i pečení se dá pojmout vědecky

Metoda plánovaného experimentu umožňuje současně studovat vliv více nezávislých proměnných (faktorů) na sledovanou závisle proměnnou (odezvu). Zjednodušeně lze říci, že plánovaný experiment je posloupnost předem naplánovaných pokusů, při kterých cílevědomě provádíme změnu vstupních faktorů procesu tak, aby mohly být pozorovány a vhodným vyhodnocením experimentálních dat identifikovány odpovídající změny odezvy.  

A protože se naše kolegyně Alča a Míša chystaly péci perníky u příležitosti svátku Sv. Valentýna, dostali jsme nápad odlehčenou formou vyhodnotit vliv tří různých faktorů pečení perníků na jejich výslednou chuť. Pokud chcete vědět, co nám z toho vyšlo, rozhodně čtěte dál!

Faktory a úrovně experimentu 

Experimentální faktory mohou být při experimentu nastaveny na tzv. úrovních. Během vstupní diskuze byly vytipovány tři faktory, které podle dřívějších zkušeností našich pekařek ovlivňují výslednou chuť perníku (Tab. 1).  

Experimentální ověření dopadů změny uvedených faktorů pečení perníků spočívá v úmyslné změně úrovní faktorů a sledování dopadu této změny na sledovanou odezvu. 

Plán experimentu + výsledky 

Plánem experimentu se rozumí stanovení počtu experimentálních faktorů, jejich úrovní a jejich kombinací. Konkrétní plán experimentu, navrženého jako tzv. úplný faktoriální dvouúrovňový plán, má pro 3 faktory 2^3 = 8 pokusů (Tab. 2).

Jednotlivé pokusy byly postupně realizovány napečením příslušné várky perníků našimi šikovnými kolegyněmi a během jednoho dopoledne proběhla „degustace“ a hodnocení chuti ostatními kolegy v práci. Hodnocení proběhlo na škále 0 – 100, kde 0 = nechutná, nepovedl se a 100 = lepší perník jsem nikdy neochutnal. 

Vyhodnocení výsledků celého experimentu bylo provedeno ve statistickém systému R 3.4.4. U testování byla použita standardní hladina významnosti α = 0.05 (5% nejistota). 

Vyhodnocení bylo provedeno zvlášť pro muže a ženy. Tzv. Paretův graf na Obr. 1 – Obr. 2 ukazuje vliv jednotlivých faktorů na výslednou chuť perníku, kdy vlivnost faktoru je úměrná délce úsečky a svislá modrá čára představuje hladinu významnosti pro α = 0.05. 

Z Paretova grafu vyplývá, že v případě mužů vykázaly všechny faktory obdobný a statisticky nevýznamný vliv na výslednou chuť (zkrátka mužům je úplně jedno jaké ingredience perník obsahuje). U žen je situace jiná – na výslednou chuť mělo podle nich zásadní (a statisticky významný) vliv množství medu. Zbývající 2 faktory jsou již výrazně slabší a statisticky nevýznamné. 

Konkrétní podobu vlivu je možné identifikovat z tzv. grafů hlavních efektů faktorů, které ukazují, jak moc se změní chuť perníku se změnou úrovně hodnoceného faktoru (Obr. 3 – Obr. 4). 

Podobně jako z Paretova grafu i z výše zobrazených grafů efektů faktorů je zřejmé, že velice podobný (a slabý) vliv na sledovanou proměnnou v případě mužů vykazují všechny tři faktory (Obr. 3). Nicméně pokud bychom odhlédli od hodnocení statistické významnosti, tak muži upřednostňovali bio koření Sonnentor a sladší typ perníků z pšeničné mouky. 

U žen graf potvrzuje zásadní vliv faktoru množství medu (sladší variantu ocenili výrazně lépe, než tu méně sladkou, průměrné hodnocení chuti bylo u méně sladké varianty kolem 45, kdežto u sladší varianty kolem 58). Dále ženy upřednostňovaly bio koření Sonnentor a pšeničnou mouku, ale jak již bylo řečeno, síla těchto dvou faktorů se již ztrácí v mlze statistické nevýznamnosti. 

Konečným výsledkem plánovaného experimentu je matematický model, popisující závislost sledované proměnné (chuti perníků) na úrovni použitých faktorů. V našem případě pro muže takový model nemá význam (faktory nevýznamné) a pro ženy postačí jednoduchý lineární regresní model, zohledňující jediný faktor: Chuť = 39.96 + 5.71*Množství medu. Vedlejším výsledkem celého experimentu byla legrace provázející ochutnávku perníků, poznání netradičních chutí a důstojné připomenutí svátku Sv. Valentýna.