2010-07-02【MATLAB】數(shù)據(jù)統(tǒng)計的使用工具方法.doc

百科名片MATLAB軟件界面圖MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。 目錄隱藏基本功能 應(yīng)用 發(fā)展歷程 特點 優(yōu)勢 1. （1）友好的工作平臺和編程環(huán)境 2. （2）簡單易用的程序語言 3. （3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力 4. （4）出色的圖形處理功能 5. （5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 6. （6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 7. （7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）工具 1. 常用工具箱 2. 常用函數(shù)基本功能 應(yīng)用 發(fā)展歷程 特點 優(yōu)勢 1. （1）友好的工作平臺和編程環(huán)境 2. （2）簡單易用的程序語言 3. （3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力 4. （4）出色的圖形處理功能 5. （5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 6. （6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 7. （7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）工具 1. 常用工具箱 2. 常用函數(shù) 編輯本段基本功能MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 matlab開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。 編輯本段應(yīng)用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 數(shù)字圖像處理 技術(shù) 數(shù)字信號處理 技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真的應(yīng)用 財務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。 編輯本段發(fā)展歷程20世紀70年代，美國新墨西哥大學(xué)計算機科學(xué)系主任Cleve Moler為了減輕學(xué)生編程的負擔，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。 版本更新: 版本1建造編號發(fā)布時間MATLAB 1.01984 MATALB 21986MATLAB 31987MATLAB 3.51990MATLAB 41992MATLAB 4.2cR7 1994MATLAB 5.0R81996MATLAB 5.1R91997MATLAB 5.1.1R9.1 1997MATLAB 5.2R10 1998MATLAB 5.2.1R10.11998MATLAB 5.3R111999MATLAB 5.3.1R11.11999MATLAB 6.0R122000MATLAB 6.1R12.12001MATLAB 6.5R132002MATLAB 6.5.1R13SP12003MATLAB 6.5.2R13SP22003MATLAB 7R142004MATLAB 7.0.1R14SP12004MATLAB 7.0.4 R14SP22005MATLAB 7.1 R14SP32005MATLAB 7.2R2006a2006MATLAB 7.3 R2006b2006MATLAB 7.4R2007a2007MATLAB 7.5R2007b2007MATLAB 7.6R2008a2008MATLAB 7.7R2008b2008MATLAB 7.8R2009a2009.3.6MATLAB 7.9R2009b2009.9.4MATLAB 7.10R2010a2010.3.5編輯本段特點此高級語言可用于技術(shù)計算 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成2 不支持大寫輸入，內(nèi)核僅僅支持小寫 編輯本段優(yōu)勢（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。 （2）簡單易用的程序語言Matlab一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。 （3）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學(xué)運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復(fù)數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。 （4）出色的圖形處理功能 圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 （5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 （6）實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 （7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。 編輯本段工具常用工具箱MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。 開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。 Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱 Control System Toolbox控制系統(tǒng)工具箱 Communication Toolbox通訊工具箱 Financial Toolbox財政金融工具箱 System Identification Toolbox系統(tǒng)辨識工具箱 Fuzzy Logic Toolbox模糊邏輯工具箱 Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高階譜分析工具箱 Image Processing Toolbox圖象處理工具箱 LMI Control Toolbox線性矩陣不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox模型預(yù)測控制工具箱 -Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱 Neural Network Toolbox神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 Optimization Toolbox優(yōu)化工具箱 Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox魯棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox信號處理工具箱 Spline Toolbox樣條工具箱 Statistics Toolbox統(tǒng)計工具箱 Symbolic Math Toolbox符號數(shù)學(xué)工具箱 Simulink Toolbox動態(tài)仿真工具箱 Wavele Toolbox小波工具箱 常用函數(shù)Matlab內(nèi)部常數(shù)3 eps：浮點相對精度 exp：自然對數(shù)的底數(shù)e i 或 j：基本虛數(shù)單位 inf 或 Inf：無限大， 例如1/0 nan或NaN：非數(shù)值（Not a number），例如0/0 pi：圓周率 p（= 3.1415926.） realmax：系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值 realmin：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值 nargin: 函數(shù)的輸入引數(shù)個數(shù) nargout: 函數(shù)的輸出引數(shù)個數(shù) lasterr：存放最新的錯誤信息 lastwarn：存放最新的警告信息 MATLAB常用基本數(shù)學(xué)函數(shù) abs(x)：純量的絕對值或向量的長度 angle(z)：復(fù)數(shù)z的相角(Phase angle) sqrt(x)：開平方 real(z)：復(fù)數(shù)z的實部 imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛部 conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù) round(x)：四舍五入至最近整數(shù) fix(x)：無論正負，舍去小數(shù)至最近整數(shù) floor(x)：地板函數(shù)，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù) ceil(x)：天花板函數(shù)，即加入正小數(shù)至最近整數(shù) rat(x)：將實數(shù)x化為多項分數(shù)展開 rats(x)：將實數(shù)x化為分數(shù)表示 sign(x)：符號函數(shù) (Signum function)。 當x0時，sign(x)=1。 rem(x,y)：求x除以y的馀數(shù) gcd(x,y)：整數(shù)x和y的最大公因數(shù) lcm(x,y)：整數(shù)x和y的最小公倍數(shù) exp(x) ：自然指數(shù) pow2(x)：2的指數(shù) log(x)：以e為底的對數(shù)，即自然對數(shù)或 log2(x)：以2為底的對數(shù) log10(x)：以10為底的對數(shù) MATLAB常用三角函數(shù) sin(x)：正弦函數(shù) cos(x)：余弦函數(shù) tan(x)：正切函數(shù) asin(x)：反正弦函數(shù) acos(x)：反余弦函數(shù) atan(x)：反正切函數(shù) atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù) sinh(x)：雙曲正弦函數(shù) cosh(x)：雙曲余弦函數(shù) tanh(x)：雙曲正切函數(shù) asinh(x)：反雙曲正弦函數(shù) acosh(x)：反雙曲余弦函數(shù) atanh(x)：反雙曲正切函數(shù) 適用于向量的常用函數(shù)有 min(x): 向量x的元素的最小值 max(x): 向量x的元素的最大值 mean(x): 向量x的元素的平均值 median(x): 向量x的元素的中位數(shù) std(x): 向量x的元素的標準差 diff(x): 向量x的相鄰元素的差 sort(x): 對向量x的元素進行排序（Sorting） length(x): 向量x的元素個數(shù) norm(x): 向量x的歐氏（Euclidean）長度 sum(x): 向量x的元素總和 prod(x): 向量x的元素總乘積 cumsum(x): 向量x的累計元素總和 cumprod(x): 向量x的累計元素總乘積 dot(x, y): 向量x和y的內(nèi)積 cross(x, y): 向量x和y的外積 MATLAB基本繪圖函數(shù) plot: x軸和y軸均為線性刻度（Linear scale） loglog: x軸和y軸均為對數(shù)刻度（Logarithmic scale） semilogx: x軸為對數(shù)刻度，y軸為線性刻度 semilogy: x軸為線性刻度，y軸為對數(shù)刻度 matlab插值和樣條plot繪圖函數(shù)的參數(shù) 字元 顏色 字元 圖線型態(tài) y 黃色 . 點 k 黑色 o 圓 w 白色 x x b 藍色 + + g 綠色 * * r 紅色 - 實線 c 亮青色 : 點線 m 錳紫色 -. 點虛