Rancangan Acak Kelompok adalah suatu rancangan acak yang dilakukan dengan mengelompokkan satuan percobaan ke dalam grup-grup yang homogen yang dinamakan kelompok dan kemudian menentukan perlakuan secara acak di dalam masing-masing kelompok. Rancangan Acak kelompok Lengkap merupakan rancangan acak kelompok dengan semua perlakuan dicobakan pada setiap kelompok yang ada. Tujuan pengelompokan satuan-satuan percobaan tersebut adalah untuk membuat keragaman satuan-satuan percobaan di dalam masing-masing kelompok sekecil mungkin sedangkan perbedaan antar kelompok sebesar mungkin. Tingkat ketepatan biasanya menurun dengan bertambahnya satuan percobaan (ukuran satuan percobaan) per kelompok, sehingga sebisa mungkin buatlah ukuran kelompok sekecil mungkin. Pengelompokan yang tepat akan memberikan hasil dengan tingkat ketepatan yang lebih tinggi dibandingkan rancangan acak lengkap yang sebanding besarnya.
Contoh Soal: Dalam suatu percobaan di bidang peternakan terdapat suatu pengaruh tentang berbagai campuran ransum (makanan), katakanlah campuran A, B, C, D terhadap pertambahan bobot badan selama masa percobaan (diukur dalam kg). Hewan percobaan yang digunakan adalah domba jantan yang terdiri dari umur yang berbeda. Karena berbeda umur, maka dilakukan pengelompokkan dan terdapat empat kelompok berdasarkan tingkat umur domba tersebut.Data pertambahan bobot badan (kg)dari 16 domba jantan yang memperoleh makanan yang berbeda
Percobaan ini bertujuan untuk melihat pengaruh berbagai campuran ransum (A, B, C, D) terhadap pertambahan bobot badan domba selama masa percobaan. Hewan percobaan yang digunakan adalah domba jantan yang dikelompokkan berdasarkan umur. Dalam analisis ini, Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) digunakan karena perbedaan umur domba dianggap dapat mempengaruhi pertambahan bobot badan, sehingga dilakukan pengelompokkan (blok) berdasarkan umur.
Pada RAKL, percobaan menguji dua hal: pengaruh perlakuan (campuran ransum) dan pengaruh kelompok (umur domba). Berikut adalah rumusan hipotesis RAKL.
Hipotesis Nol (H₀): Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba antar perlakuan ransum (A, B, C, D).
\[ H₀: \mu_A = \mu_B = \mu_C = \mu_D \]
Hipotesis Alternatif (H₁): Ada setidaknya satu campuran ransum yang memberikan pengaruh berbeda secara signifikan terhadap pertambahan bobot badan domba.
\[ H₁: \text{Setidaknya ada satu } \mu_i \neq \mu_j \quad \text{(dengan } i \neq j \text{, dan } i, j \in \{A, B, C, D\}) \]
Hipotesis Nol (H₀): Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba berdasarkan kelompok umur.
\[ H₀: \tau_1 = \tau_2 = \tau_3 = \tau_4 \]
Hipotesis Alternatif (H₁): Ada setidaknya satu kelompok umur yang memberikan pengaruh berbeda secara signifikan terhadap pertambahan bobot badan domba.
\[ H₁: \text{Setidaknya ada satu } \tau_i \neq \tau_j \quad \text{(dengan } i \neq j \text{, dan } i, j \in \{1, 2, 3, 4\}) \]
## [1] "A" "B" "C" "D" "A" "B" "C" "D" "A" "B" "C" "D" "A" "B" "C" "D"
## [1] 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4
## [1] 2 5 8 6 3 4 7 5 3 5 10 5 5 5 9 2
## Perlakuan Kelompok Respon
## [1,] "A" "1" "2"
## [2,] "B" "1" "5"
## [3,] "C" "1" "8"
## [4,] "D" "1" "6"
## [5,] "A" "2" "3"
## [6,] "B" "2" "4"
## [7,] "C" "2" "7"
## [8,] "D" "2" "5"
## [9,] "A" "3" "3"
## [10,] "B" "3" "5"
## [11,] "C" "3" "10"
## [12,] "D" "3" "5"
## [13,] "A" "4" "5"
## [14,] "B" "4" "5"
## [15,] "C" "4" "9"
## [16,] "D" "4" "2"
# Membuat data frame
colnames(data.Rancob) <- c("Perlakuan", "Kelompok", "Respon")
data.Rancob <- as.data.frame(data.Rancob)
data.Rancob## Perlakuan Kelompok Respon
## 1 A 1 2
## 2 B 1 5
## 3 C 1 8
## 4 D 1 6
## 5 A 2 3
## 6 B 2 4
## 7 C 2 7
## 8 D 2 5
## 9 A 3 3
## 10 B 3 5
## 11 C 3 10
## 12 D 3 5
## 13 A 4 5
## 14 B 4 5
## 15 C 4 9
## 16 D 4 2
Untuk menguji apakah ada perbedaan yang signifikan antara perlakuan ransum dan pengaruh kelompok (umur domba), digunakan uji ANOVA. Berikut adalah rumusan hipotesis untuk analisis ragam.
Hipotesis Nol (H₀): Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba antar perlakuan ransum.
\[ H₀: \mu_A = \mu_B = \mu_C = \mu_D \]
Hipotesis Alternatif (H₁): Ada perbedaan signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba antar perlakuan ransum.
\[ H₁: \text{Setidaknya ada satu } \mu_i \neq \mu_j \quad \text{(dengan } i \neq j \text{, dan } i, j \in \{A, B, C, D\}) \]
Hipotesis Nol (H₀): Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba antar kelompok umur.
\[ H₀: \tau_1 = \tau_2 = \tau_3 = \tau_4 \]
Hipotesis Alternatif (H₁): Ada perbedaan signifikan dalam rata-rata pertambahan bobot badan domba antar kelompok umur.
\[ H₁: \text{Setidaknya ada satu } \tau_i \neq \tau_j \quad \text{(dengan } i \neq j \text{, dan } i, j \in \{1, 2, 3, 4\}) \]
Fungsi aov() digunakan untuk melakukan analisis varians (ANOVA).
## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Perlakuan 3 61.5 20.500 10.543 0.00265 **
## Kelompok 3 2.0 0.667 0.343 0.79516
## Residuals 9 17.5 1.944
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
Hipotesis Uji Linieritas:
##
## Shapiro-Wilk normality test
##
## data: residuals(model1rakl)
## W = 0.97312, p-value = 0.8863
Hipotesis Uji Homogenitas Varians:
# Uji homogenitas varians dengan Bartlett
bartlett_test <- bartlett.test(Respon ~ Perlakuan, data = data.Rancob)
bartlett_test##
## Bartlett test of homogeneity of variances
##
## data: Respon by Perlakuan
## Bartlett's K-squared = 3.3173, df = 3, p-value = 0.3452
Hipotesis Uji Tukey HSD:
# Uji Tukey HSD
tukey_results <- TukeyHSD(model1rakl)
# Menampilkan hasil uji Tukey HSD
print(tukey_results)## Tukey multiple comparisons of means
## 95% family-wise confidence level
##
## Fit: aov(formula = Respon ~ Perlakuan + Kelompok, data = data.Rancob)
##
## $Perlakuan
## diff lwr upr p adj
## B-A 1.50 -1.5781351 4.5781351 0.4647911
## C-A 5.25 2.1718649 8.3281351 0.0021982
## D-A 1.25 -1.8281351 4.3281351 0.6034593
## C-B 3.75 0.6718649 6.8281351 0.0180901
## D-B -0.25 -3.3281351 2.8281351 0.9938719
## D-C -4.00 -7.0781351 -0.9218649 0.0125000
##
## $Kelompok
## diff lwr upr p adj
## 2-1 -5.000000e-01 -3.578135 2.578135 0.9553419
## 3-1 5.000000e-01 -2.578135 3.578135 0.9553419
## 4-1 8.881784e-16 -3.078135 3.078135 1.0000000
## 3-2 1.000000e+00 -2.078135 4.078135 0.7456835
## 4-2 5.000000e-01 -2.578135 3.578135 0.9553419
## 4-3 -5.000000e-01 -3.578135 2.578135 0.9553419
## $`Analysis of variance`
## df type III SS mean square F value p>F
## treatments 3 61.5 20.5000 10.5429 0.0027
## blocks 3 2.0 0.6667 0.3429 0.7952
## residuals 9 17.5 1.9444 - -
##
## $`Adjusted means`
## treatment adjusted.mean sd sem tukey snk duncan t scott_knott
## 1 C 8.50 1.2910 0.6972 a a a a a
## 2 B 4.75 0.5000 0.6972 b b b b b
## 3 D 4.50 1.7321 0.6972 b b b b b
## 4 A 3.25 1.2583 0.6972 b b b b b
##
## $`Multiple comparison test`
## pair contrast p(tukey) p(snk) p(duncan) p(t)
## 1 C - B 3.75 0.0181 0.0042 0.0042 0.0042
## 2 C - D 4.00 0.0125 0.0072 0.0036 0.0029
## 3 C - A 5.25 0.0022 0.0022 0.0007 0.0005
## 4 B - D 0.25 0.9939 0.8055 0.8055 0.8055
## 5 B - A 1.50 0.4648 0.3267 0.1794 0.1625
## 6 D - A 1.25 0.6034 0.2367 0.2367 0.2367
##
## $`Residual analysis`
## $`Residual analysis`$`residual analysis`
## values
## p.value Shapiro-Wilk test 0.8863
## p.value Bartlett test 0.3452
## coefficient of variation (%) 26.5600
## first value most discrepant 16.0000
## second value most discrepant 13.0000
## third value most discrepant 4.0000
##
## $`Residual analysis`$residuals
## 1 2 3 4 5
## -1.250000e+00 2.500000e-01 -5.000000e-01 1.500000e+00 2.500000e-01
## 6 7 8 9 10
## -2.500000e-01 -1.000000e+00 1.000000e+00 -7.500000e-01 -2.500000e-01
## 11 12 13 14 15
## 1.000000e+00 -2.220446e-16 1.750000e+00 2.500000e-01 5.000000e-01
## 16
## -2.500000e+00
##
## $`Residual analysis`$`standardized residuals`
## 1 2 3 4 5
## -1.157275e+00 2.314550e-01 -4.629100e-01 1.388730e+00 2.314550e-01
## 6 7 8 9 10
## -2.314550e-01 -9.258201e-01 9.258201e-01 -6.943651e-01 -2.314550e-01
## 11 12 13 14 15
## 9.258201e-01 -2.216338e-16 1.620185e+00 2.314550e-01 4.629100e-01
## 16
## -2.314550e+00
Hasil analisis percobaan ini melibatkan dua faktor, yaitu perlakuan (campuran ransum A, B, C, D) dan kelompok umur domba, yang dianalisis menggunakan ANOVA (Analisis Varians) dua arah. Berikut penjelasan hasilnya:
1. Analisis Varians (ANOVA):
- Perlakuan: Diperoleh F-value sebesar 10.543 dengan p-value 0.00265. Karena p-value < 0.05, kita dapat menyimpulkan bahwa terdapat perbedaan yang signifikan antara campuran ransum A, B, C, dan D terhadap pertambahan bobot badan domba. Ini menunjukkan bahwa jenis ransum memiliki pengaruh nyata terhadap pertambahan bobot badan.
- Kelompok (Umur): Diperoleh F-value sebesar 0.343 dengan p-value 0.79516. Karena p-value jauh lebih besar dari 0.05, kita dapat menyimpulkan bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara kelompok umur domba terhadap pertambahan bobot badan. Dengan kata lain, umur domba tidak memberikan pengaruh yang signifikan dalam percobaan ini.
- Residuals (Error): Variasi yang tidak dijelaskan oleh perlakuan atau kelompok umur tercermin dalam nilai residuals, yaitu Sum Sq = 17.5 dan Mean Sq = 1.944.
2. Uji Normalitas (Shapiro-Wilk):
- Uji normalitas dilakukan pada residual dari model untuk memastikan bahwa asumsi normalitas terpenuhi. Diperoleh nilai W = 0.97312 dengan p-value 0.8863. Karena p-value > 0.05, residuals berdistribusi normal, sehingga asumsi normalitas terpenuhi.
3. Uji Homogenitas Varian (Bartlett):
- Uji Bartlett dilakukan untuk menguji apakah varians antar kelompok perlakuan homogen. Hasilnya adalah Bartlett’s K-squared = 3.3173 dengan p-value 0.3452. Karena p-value > 0.05, kita dapat menyimpulkan bahwa varians antar kelompok perlakuan homogen, sehingga asumsi homogenitas varian juga terpenuhi.
4. Uji Tukey (Post-hoc):
- Setelah ANOVA menunjukkan adanya perbedaan signifikan pada perlakuan, dilakukan uji Tukey untuk melihat perbedaan antar setiap pasangan perlakuan.
- B-A: Tidak signifikan (p = 0.4647911), menunjukkan bahwa ransum B tidak berbeda secara signifikan dengan ransum A.
- C-A: Signifikan (p = 0.0021982), menunjukkan bahwa ransum C menghasilkan bobot badan yang lebih tinggi secara signifikan dibandingkan ransum A.
- D-A: Tidak signifikan (p = 0.6034593), menunjukkan bahwa ransum D tidak berbeda secara signifikan dengan ransum A.
- C-B: Signifikan (p = 0.0180901), menunjukkan bahwa ransum C menghasilkan bobot badan yang lebih tinggi secara signifikan dibandingkan ransum B.
- D-B: Tidak signifikan (p = 0.9938719), menunjukkan bahwa ransum D tidak berbeda secara signifikan dengan ransum B.
- D-C: Signifikan (p = 0.0125000), menunjukkan bahwa ransum C menghasilkan bobot badan yang lebih tinggi secara signifikan dibandingkan ransum D.
- Untuk perbandingan antar kelompok umur, semua perbedaan tidak signifikan (p-value > 0.05), yang menunjukkan bahwa perbedaan umur tidak mempengaruhi hasil secara signifikan.
Kesimpulan: Campuran ransum C memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan bobot badan domba, terutama jika dibandingkan dengan ransum A, B, dan D. Namun, faktor kelompok umur tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap pertambahan bobot badan domba.
Contoh Kasus:
Berikut adalah syntax secara manual sesuai dengan rumus yang digunakan tanpa fungsi:
Perlakuan <- c(rep(c("A", "B", "C", "D"),4))
Kelompok <- c(rep(1,4), rep(2,4), rep(3,4), rep(4,4))
Respon <- c(2,5,8,6,3,4,7,5,3,NA,10,5,5,5,9,2)
data.RancobMiss <- cbind(Perlakuan, Kelompok, Respon)
# Membuat data frame
colnames(data.RancobMiss) <- c("Perlakuan", "Kelompok", "Respon")
data.Missing <- as.data.frame(data.RancobMiss)
data.Missing## Perlakuan Kelompok Respon
## 1 A 1 2
## 2 B 1 5
## 3 C 1 8
## 4 D 1 6
## 5 A 2 3
## 6 B 2 4
## 7 C 2 7
## 8 D 2 5
## 9 A 3 3
## 10 B 3 <NA>
## 11 C 3 10
## 12 D 3 5
## 13 A 4 5
## 14 B 4 5
## 15 C 4 9
## 16 D 4 2
## 'data.frame': 16 obs. of 3 variables:
## $ Perlakuan: chr "A" "B" "C" "D" ...
## $ Kelompok : chr "1" "1" "1" "1" ...
## $ Respon : chr "2" "5" "8" "6" ...
data.Missing$Respon <- as.numeric(data.Missing$Respon)
Tk <- sum(data.Missing$Respon[data.Missing$Kelompok == 3], na.rm = TRUE) # Total kelompok 3 (kelompok yang ada missing value)
Tp <- sum(data.Missing$Respon[data.Missing$Perlakuan == "B"], na.rm = TRUE) # Total perlakuan B (perlakuan yang ada missing value)
Tu <- sum(data.Missing$Respon, na.rm = TRUE) # Total seluruh observasi## [1] 5.444444
Nilai dugaan 5.4 ini kemudian dicoba sebagai suatu nilai pengamatan untuk analisis variansi. Dengan demikian total kelompok ketiga yang tadinya 18 menjadi 23.4 dan total perlakuan B menjadi 19.4 dan total keseluruhan 84.4.
## [1] 0.27
Setelah dilakukan pengisian data missing value, bisa dilakukan kembali menggunakan analisis menggunakan RAKL seperti pada tahapan yang dilakukan sebelumnya.
Contoh Kasus:
Perlakuan <- c(rep(c("A", "B", "C", "D"),4))
Kelompok <- c(rep(1,4), rep(2,4), rep(3,4), rep(4,4))
Respon <- c(2,5,8,6,3,4,7,NA,3,NA,10,5,5,5,9,2)
data.RancobMiss <- cbind(Perlakuan, Kelompok, Respon)
# Membuat data frame
colnames(data.RancobMiss) <- c("Perlakuan", "Kelompok", "Respon")
data.Miss2 <- as.data.frame(data.RancobMiss)
data.Miss2## Perlakuan Kelompok Respon
## 1 A 1 2
## 2 B 1 5
## 3 C 1 8
## 4 D 1 6
## 5 A 2 3
## 6 B 2 4
## 7 C 2 7
## 8 D 2 <NA>
## 9 A 3 3
## 10 B 3 <NA>
## 11 C 3 10
## 12 D 3 5
## 13 A 4 5
## 14 B 4 5
## 15 C 4 9
## 16 D 4 2
# Mengonversi Kelompok dan Respon menjadi tipe data yang sesuai
data.Miss2$Kelompok <- data.Miss2$Kelompok <- as.numeric(as.character(data.Miss2$Kelompok))
data.Miss2$Respon <- as.numeric(as.character(data.Miss2$Respon))# Inisialisasi variabel
r <- length(unique(data.Miss2$Kelompok)) # jumlah kelompok
t <- length(unique(data.Miss2$Perlakuan)) # jumlah perlakuan
r## [1] 4
## [1] 4
## 'data.frame': 16 obs. of 3 variables:
## $ Perlakuan: chr "A" "B" "C" "D" ...
## $ Kelompok : num 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 ...
## $ Respon : num 2 5 8 6 3 4 7 NA 3 NA ...
data.Miss2$Respon <- as.numeric(data.Miss2$Respon)
Tp1 <- sum(data.Miss2$Respon[data.Miss2$Perlakuan == 'D'], na.rm = TRUE) # Total untuk perlakuan 'D'
Tp2 <- sum(data.Miss2$Respon[data.Miss2$Perlakuan == 'B'], na.rm = TRUE) # Total untuk perlakuan 'B'
Tu <- sum(data.Miss2$Respon, na.rm = TRUE) # Total keseluruhan respons (tidak termasuk NA)
Tk1 <- sum(data.Miss2$Respon[data.Miss2$Kelompok == 2], na.rm = TRUE) # Total untuk kelompok 2
Tk2 <- sum(data.Miss2$Respon[data.Miss2$Kelompok == 3], na.rm = TRUE) # Total untuk kelompok 3## [1] 13
## [1] 14
## [1] 74
## [1] 14
## [1] 18
# Inisialisasi Y1 dan Y2 dengan nilai awal
Y1 <- (Tp1/3 + Tp2/3) / 2 # Bisa inisialisasi dengan rata-rata awal
Y2 <- (r * Tk2 + t * Tp2 - (Tu+Y1)) / ((r - 1) * (t - 1))
# Proses iterasi
for (iterasi in 1:10) {
Y1_sebelum <- Y1
Y2_sebelum <- Y2
# Hitung Y1 dan Y2 berdasarkan rumus
Y2 <- (r * Tk2 + t * Tp2 - (Tu+Y1)) / ((r - 1) * (t - 1))
Y1 <- (r * Tk1 + t * Tp1 - (Tu+Y2)) / ((r - 1) * (t - 1))
}## Nilai akhir Y1 = 3.15 Y2 = 5.65
Proses berikutnya bisa dilanjutkan dengan memasukan nilai estimasi ke dalam tabel dan melakukan analisis seperti tahap yang dilakukan sebelumnya.
Gaspersz, Vincent, 1991, Teknik Analisis Dalam Penelitian Percobaan, Tarsito, Bandung.
Mattjik, Ahmad Anshori., dan Sumertajaya, Made I, Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab, IPB Press, Bandung.
Montgomery, Douglas C., 2001, Design and Analysis of Experiments 5th Ed, John Wiley & Sons, Inc., USA.