近年来经济发展飞速,国民生产总值呈不断增长的趋势,国民收入不断的提高,居民收入在满足消费性支出之外,投资性支出的比重逐渐增大。随着银行存款效益的下降和信托存款信誉危机的出现,人们的思想越来越开放,更多的人选择证券投资。同时,政府及相关机构对证券市场机制的日益完善,证券投资在现实生活中越来越受到人们的重视,但是盲目的投资往往会使投资者经受金钱上的损失,所以,如何进行有效的投资决策,尽可能的将投资损失降低到最小成为越来越多的人关注的问题。本文首先针对马柯维茨模型和资本资产定价模型进行分析,模型中一些非现实意义的假设使其实用性降低,同时,提出采用实验设计的方法对证券投资问题进行优化分析;采用最基本的期望效用函数模型,通过均匀实验设计进行模型优化求解,并通过实证研究证明了方法的有效性;对有上、下界约束的混料实验设计进行了分析研究,并以信噪比为衡量指标,进行了序贯实验设计,在实证分析中,对前文的实例进行了序贯优化,取得了更优的实验组合,证明了其可行有效性;采用了质量工程理论中的质量损失函数法进行稳健性设计,将其与展望理论相融合,提出了投资组合分析的非对称质量损失函数,以质量损失函数最小化为目标,进行了实证研究,得到了最佳投资组合方案。实验设计是一种对变量进行控制的方法,即控制自变量从而影响因变量,使其更加便于观察计算,通过科学合理的安排实验,大大减少了实验次数,降低实验成本。实验设计是实验经济学中主要研究方法,随着学科融合发展,逐渐被用于证券投资决策问题中,并收效显著,经中国学者的不断研究和改进,形成了一套符合中国证券市场现状的实验方法,为国内投资者提供了更多的依据。