実験計画法

繰り返しとは?同じ条件で複数回実験する理由|実験計画法の基礎概念④

📌 この記事の位置づけ

「実験計画法の基礎概念シリーズ」第4回。前回は「因子と水準」を学びました。今回は「なぜ同じ条件で何度も実験するのか?」という疑問に答えます。

「同じ条件で何回もやるのって、時間の無駄じゃない?」

「1回やれば結果は出るのに、なぜ繰り返すの?」

その気持ち、よくわかります。

でも、1回だけの結果は「たまたま」かもしれないのです。繰り返しがないと、本当の効果と偶然を区別できません。

繰り返しとは?【同じ条件で複数回やること】

繰り返し(くりかえし)とは、同じ実験条件で複数回データを取ることです。

英語では「Replication(レプリケーション)」と言います。

📖 繰り返しの定義

同一の実験条件のもとで、2回以上測定を行うこと。
データのバラつき(誤差)を把握するために必要。

🎯 具体例:的当てゲームで考える

あなたが的当てゲームをするとします。

1回だけ投げて、ど真ん中に当たった。

これであなたは「名人」と言えるでしょうか?

1回だけの結果

🎯

ど真ん中!
→ でも「たまたま」かも?

3回繰り返した結果

🎯🎯🎯

3回ともど真ん中!
→ これは「実力」

繰り返すことで、「たまたま」と「本当の実力」を区別できるのです。

なぜ繰り返しが必要なのか?【3つの理由】

① 誤差の大きさを知るため

どんなに精密な実験でも、結果には必ずバラつき(誤差)があります。

繰り返しをすることで、「このくらいのバラつきは普通なんだな」という誤差の大きさを知ることができます。

💡 例:同じ条件で3回実験した結果

98100102

→ 「±2くらいのバラつきは普通」とわかる

この「普通のバラつき」がわからないと、条件を変えたときの差が「本当の効果」なのか「ただの誤差」なのか判断できません。

② 平均値の信頼性を上げるため

1回だけの測定値は、たまたま高かったり低かったりする可能性があります。

でも、複数回の平均を取れば、より「真の値」に近づきます

繰り返し回数データ平均値信頼性
1回102102😟 低い
3回98, 100, 102100😊 まあまあ
5回97, 99, 100, 101, 103100😄 高い

繰り返し回数が増えるほど、平均値が安定し、信頼性が高まります。

③ 「効果あり」と言い切るため

実験計画法の目的は、「この因子を変えると結果が変わる」と統計的に証明することです。

繰り返しがないと、以下のような判断ができません。

🤔 条件Aの結果:100、条件Bの結果:105

この「5の差」は…
・条件を変えた本当の効果
・ただの誤差(たまたま)

→ 繰り返しがないと、判断できない!

繰り返しによって誤差の大きさがわかれば、「5の差は誤差より大きいから、本当の効果だ」と言い切れるようになります。

繰り返しは何回がベスト?

「じゃあ、何回繰り返せばいいの?」という疑問が出てきますよね。

一般的には、2〜5回が目安です。

繰り返し回数メリットデメリット
2回最低限の誤差把握信頼性はやや低い
3回バランスが良い(推奨)
5回以上高い信頼性時間・コスト増

迷ったら3回から始めるのがおすすめです。

まとめ

📌 この記事のポイント

  • 繰り返し=同じ条件で複数回データを取ること
  • 繰り返しがないと「たまたま」と「本当の効果」を区別できない
  • 誤差の大きさを知り、平均値の信頼性を上げるために必要
  • 一般的には2〜5回、迷ったら3回が目安

次の記事では、実験計画法の土台となる「実験の3原則」を解説します。これを知らないと、どんなに頑張っても正しい結論が出せません。

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