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matlab快速入门(2)-- 数据处理与可视化

MATLAB的数据处理


1. 数据导入与导出

(1) 从文件读取数据
  • Excel 文件
    data = readtable('data.xlsx');  % 读取为表格(Table)
    
  • CSV 文件
    data = readtable('data.csv');   % 自动处理表头和分隔符
    
  • 文本文件
    data = load('data.txt');        % 数值数据直接加载为矩阵
    
(2) 导出数据到文件
  • 保存为 Excel
    writetable(data, 'output.xlsx'); 
    
  • 保存为 CSV
    writetable(data, 'output.csv');
    

2. 数据清洗与预处理

(1) 处理缺失值

1>查找缺失值:ismissing(data)

missingValues = ismissing(data);  % 返回逻辑矩阵标记缺失值(NaN 或空字符)
  • 功能:检测 data(可以是数组、表格、时间表等)中的缺失值,生成一个与 data 维度相同的 逻辑矩阵logical matrix)。
  • 输出规则
    • missingValuestrue(1)表示对应位置是缺失值。
    • false(0)表示该位置数据正常。

支持的缺失值类型

  • 数值型数据NaN(Not a Number)。
  • 时间型数据NaT(Not a Time)。
  • 字符串/字符数据:空字符串 ""(字符串数组)或 <missing>
  • 分类数据<undefined>
  • 表格/时间表:自动识别各列的缺失值类型。

示例
假设 data 是一个表格:

IDAgeStatus
125“Complete”
2NaN“”
330“”

执行 missingValues = ismissing(data) 后,结果如下:

IDAgeStatus
000
011
001

2> 填充缺失值:fillmissing
代码作用

data.Age = fillmissing(data.Age, 'constant', mean(data.Age, 'omitnan'));  % 用均值填充
  • 功能:将 data.Age 列中的缺失值(NaN)填充为该列的均值(忽略缺失值计算)。
  • 参数解析
    1. data.Age:待填充的列(数值型向量)。
    2. 'constant':填充方式为“常量填充”,即用固定值替换缺失值。
    3. mean(data.Age, 'omitnan'):计算 data.Age 列的均值时忽略 NaN 值。

关键步骤

  1. 计算均值

    avg = mean(data.Age, 'omitnan');  % 忽略 NaN 计算均值
    
    • 假设 data.Age = [25, NaN, 30],则 avg = (25 + 30)/2 = 27.5
  2. 填充缺失值

    data.Age = fillmissing(data.Age, 'constant', avg);
    
    • 原始数据:[25, NaN, 30] → 填充后:[25, 27.5, 30]

其他填充方法

  • 插值填充fillmissing(data.Age, 'linear')(线性插值)。
  • 邻近值填充fillmissing(data.Age, 'previous')(用前一个有效值填充)。

注意事项

  1. 确保数据类型一致

    • fillmissing 的填充值必须与列的数据类型兼容(例如,数值列用数值填充,字符串列用字符串填充)。
  2. 处理全缺失列

    • 若某列全部为 NaNmean(..., 'omitnan') 会返回 NaN,导致填充无效。需额外处理:
      if all(isnan(data.Age))data.Age = zeros(size(data.Age));  % 用0填充全缺失列
      end
      
  3. 分类变量处理

    • 分类数据(如 'Male', 'Female')需用众数填充:
      modeGender = mode(data.Gender, 'omitnan');
      data.Gender = fillmissing(data.Gender, 'constant', modeGender);
      

完整示例
原始数据

Age
25
NaN
30

执行代码后

Age
25
27.5
30

总结

  • ismissing:精准定位数据中的缺失值,生成逻辑掩码。
  • fillmissing:灵活填充缺失值,支持均值、插值、邻近值等方法。
  • 核心技巧:结合 ismissing 的检测结果,选择合适策略清洗数据,确保后续分析可靠性。

(2) 数据筛选

  • 按条件筛选行
    highScores = data(data.Score > 90, :);  % 筛选 Score 列大于90的行
    
  • 选择特定列
    selectedData = data(:, {'Name', 'Age'});  % 选择 Name 和 Age 列
    

(3) 数据转换

涵盖 类型转换分类数据编码 的核心操作。

一、类型转换:data.Age = double(data.Age);
1. 作用与原理
  • 目标:将 data.Age 列的数据类型转换为 双精度浮点数double)。
  • 适用场景
    • 原始数据可能是整数(int)、字符(char)或其他类型。
    • 需要统一数值类型以确保计算精度(例如参与科学计算或统计分析)。
2. 示例说明
原始数据

假设 data.Age 原本是整数类型(int32):

data = table([25; 30; 28], {'Male'; 'Female'; 'Male'}, 'VariableNames', {'Age', 'Gender'});
disp(class(data.Age));  % 输出 'int32'

原始数据

Age (double)Gender
25Male
30Female
28Male
转换代码
data.Age = double(data.Age);  % 转换为双精度浮点数
disp(class(data.Age));         % 输出 'double'

转换后数据

Age (double)Gender
25.0Male
30.0Female
28.0Male
3. 常见类型转换函数
函数作用示例
double()转为双精度浮点数x = double(int32(5))5.0
single()转为单精度浮点数x = single(3.14)
int32()转为32位整数x = int32(10.7)10
string()转为字符串数组x = string(123)"123"
cellstr()转为字符向量元胞数组x = cellstr("Text"){'Text'}
4. 注意事项
  • 精度丢失:将浮点数转换为整数时,小数部分会被截断(非四舍五入)。
    x = 3.9;
    y = int32(x);  % y = 3
    
  • 数据溢出:超出目标类型范围的转换会引发错误或产生意外值。
    x = 500;
    y = int8(x);   % int8 范围是 [-128, 127],y = 127(溢出)
    

分类数据编码:data.Gender = categorical(data.Gender);

1. 作用与原理
  • 目标:将字符或字符串数据转换为 分类变量categorical)。
  • 优势
    • 节省内存:分类变量内部存储为整数索引,而非重复的字符串。
    • 高效操作:支持快速分组统计、排序、筛选。
    • 语义清晰:保留原始标签,方便可视化与分析。
2. 示例说明
原始数据

假设 data.Gender 是字符串数组:

data.Gender = ["Male"; "Female"; "Male"; "Female"];
disp(class(data.Gender));  % 输出 'string'

注意:一定要转换为categorical类型的数据

转换代码
data.Gender = categorical(data.Gender);  % 转换为分类变量
disp(class(data.Gender));                % 输出 'categorical'
disp(categories(data.Gender));           % 输出 {'Female', 'Male'}
转换后数据
Gender (categorical)
Male
Female
Male
Female
3. 分类变量的核心操作

(1) 统计频数

counts = countcats(data.Gender);  % 输出 [2; 2](Female:2, Male:2)

(2) 排序数据

sortedData = sortrows(data, 'Gender');  % 按分类顺序排序(默认字母顺序)

(3) 合并类别

% 将 'Male' 和 'Female' 合并为 'Other'
data.Gender = mergecats(data.Gender, {'Male', 'Female'}, 'Other');
disp(categories(data.Gender));  % 输出 {'Other'}

(4) 处理缺失值

% 添加缺失值并填充
data.Gender(2) = missing;        % 设置为 <undefined>
data.Gender = addcats(data.Gender, 'Unknown');  % 添加新类别
data.Gender(isundefined(data.Gender)) = 'Unknown';  % 填充缺失
4. 分类变量的优势对比
操作字符串数组分类变量
内存占用高(存储所有字符)低(存储整数索引)
分组统计速度
支持自定义类别顺序不支持支持(有序分类)

三、综合应用场景

场景:数据预处理流程
% 步骤1:读取数据
data = readtable('survey_data.csv');% 步骤2:类型转换(Age列转为double)
data.Age = double(data.Age);% 步骤3:分类编码(Gender列转为分类变量)
data.Gender = categorical(data.Gender);% 步骤4:处理缺失值(用众数填充Gender)
modeGender = mode(data.Gender, 'omitnan');
data.Gender = fillmissing(data.Gender, 'constant', modeGender);% 步骤5:保存处理后的数据
writetable(data, 'cleaned_survey_data.csv');

四、注意事项

  1. 类型转换前检查数据
    • 确保转换后的类型适合后续分析(例如日期数据应转为 datetime)。
  2. 分类变量的顺序
    • 默认按字母顺序排列,可通过 'Ordinal', true 指定逻辑顺序。
  3. 缺失值处理
    • 分类变量中的缺失值显示为 <undefined>,需用 addcatsfillmissing 处理。

总结

  • 类型转换:确保数据格式统一,满足计算需求。
  • 分类编码:提升处理离散标签数据的效率和可读性。
  • 核心函数double(), categorical(), countcats(), mergecats()

3. 数据分析与统计

一、聚合统计

1. 分组统计:groupsummary

功能:按指定分组变量对数据进行分组,并计算统计量(如均值、总和、标准差等)。

语法
groupStats = groupsummary(data, groupVars, method, dataVars)
  • data:输入表格(table)。
  • groupVars:分组变量(列名或列索引),支持单列或多列。
  • method:统计方法(如 'mean', 'sum', 'std')。
  • dataVars:需要统计的数据列(列名或列索引)。
示例 1:按性别计算平均分
% 创建示例数据
data = table({'Male'; 'Female'; 'Male'; 'Female'}, [85; 92; 78; 88], 'VariableNames', {'Gender', 'Score'});% 按性别分组计算平均分
groupStats = groupsummary(data, 'Gender', 'mean', 'Score');

输出结果

GenderGroupCountmean_Score
Female290
Male281.5
示例 2:多分组变量与多统计方法
% 按性别和部门分组,计算销售额的总和和均值
groupStats = groupsummary(data, {'Gender', 'Dept'}, {'sum', 'mean'}, 'Sales');

2. 交叉分析:crosstab

功能:生成交叉频数表,统计两个或多个分类变量的组合频数。

语法
[table, chi2, p] = crosstab(var1, var2, ...)
  • var1, var2:分类变量(向量或分类数组)。
  • table:交叉频数表。
  • chi2:卡方检验统计量。
  • p:p 值(检验变量独立性的显著性)。
示例:性别与部门的交叉分析
% 创建示例数据
gender = categorical({'Male'; 'Female'; 'Male'; 'Female'});
dept = categorical({'IT'; 'HR'; 'IT'; 'HR'});% 生成交叉表
[counts, ~, ~] = crosstab(gender, dept);
disp(counts);

输出

HRIT
Female20
Male02

二、数值计算

1. 矩阵运算:cov(协方差矩阵)

功能:计算数据列之间的协方差矩阵,反映变量间的线性相关性。

语法
covMatrix = cov(data)
  • data:数值矩阵或表格中的数值列。
  • covMatrix:对称矩阵,对角线为方差,非对角线为协方差。
示例:计算协方差矩阵
% 提取表格中的数值列(第2到5列)
numericData = data{:, 2:5};% 计算协方差矩阵
covariance = cov(numericData);
disp(covariance);
协方差解读
  • 正值:变量同向变化。
  • 负值:变量反向变化。
  • 绝对值大小:表示相关性强度。

2. 自定义函数应用:arrayfun

功能:对数组的每个元素应用自定义函数,避免显式循环。

语法
output = arrayfun(func, array)
  • func:函数句柄(如 @(x) x + 5)。
  • array:输入数组。
  • output:与输入数组同维度的结果。
示例:所有分数加5
% 定义分数列
data.Score = [85; 92; 78; 88];% 对每个分数加5
data.AdjustedScore = arrayfun(@(x) x + 5, data.Score);

输出

ScoreAdjustedScore
8590
9297
7883
8893
对比向量化操作
% 更高效的向量化写法
data.AdjustedScore = data.Score + 5;

三、综合应用场景

场景:销售数据分析
% 步骤1:读取数据
data = readtable('sales_data.csv');% 步骤2:按地区和产品类别分组,计算总销售额和平均利润
groupStats = groupsummary(data, {'Region', 'Product'}, {'sum', 'mean'}, {'Sales', 'Profit'});% 步骤3:生成地区和销售员的交叉表
[counts, ~, ~] = crosstab(data.Region, data.Salesperson);% 步骤4:计算销售额与利润的协方差
covMatrix = cov(data{:, {'Sales', 'Profit'}});% 步骤5:调整销售额(所有值乘以1.1)
data.AdjustedSales = arrayfun(@(x) x * 1.1, data.Sales);

四、注意事项

  1. 数据类型一致性

    • 聚合统计和交叉分析要求分组变量为分类变量或可离散化的数值。
    • 协方差计算需确保输入为数值矩阵。
  2. 缺失值处理

    • groupsummary 默认忽略缺失值,但需提前确认数据完整性。
    • crosstab 会将缺失值单独列为一类(<undefined>)。
  3. 性能优化

    • 优先使用向量化操作(如 data.Score + 5)替代 arrayfun,提升效率。
    • 对大型数据,避免在循环中频繁操作表格,可转换为矩阵处理。

五、扩展函数推荐

函数作用示例
grpstats分组统计(类似 groupsummarygrpstats(data, group, 'mean')
varfun对表格列应用函数varfun(@mean, data)
corrcoef计算相关系数矩阵corrcoef(data{:, 2:5})
pivot生成透视表pivot(data, Rows='Gender')

生命如同寓言,其价值不在于长短,而在于内容。 —塞涅卡

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使用Vue开发可复用的Web Components&#xff1a;跨框架组件封装指南 使用Vue开发可复用的Web Components&#xff1a;跨框架组件封装指南引言什么是Web Components&#xff1f;为什么选择Vue开发Web Components&#xff1f; 封装跨框架组件的步骤1. 创建基本的Vue组件2. 将Vue组…...

用AI写游戏1——js实现贪吃蛇

使用模型通义千问 提示词&#xff1a; 用js html css 做一个贪吃蛇的动画 <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>Snake Game</title><link rel"stylesheet" href"c…...

星闪开发入门级教程之安装编译器与小项目烧录

系列文章目录 星闪开发入门级教程 好久不见&#xff0c;已经好几年没有发文章了&#xff0c;星闪-作为中国原生的新一代近距离无线联接技术品牌。我想着写点东西。为了适合新手&#xff0c;绝对小白文。 文章目录 系列文章目录前言一、Hispark Studio1.安装Hispark Studio2.安…...

java求职学习day32

JavaScript 详解 课程目标&#xff1a; 1 、 JavaScript 介绍 2 、 HTML 和 JavaScript 结合方式 3 、 JavaScript 的使用 4 、 DOM 操作 5 、 BOM 操作 1. JavaScript介绍 (1)虽然是 java 作为前缀&#xff0c;但 java 和 javascript 的关系&#xff0c;就像老婆和老婆…...

【Markdown语法】锚点机制:跳转任意位置

最近写文章时&#xff0c;发现有一个需求&#xff1a;想要实现一种点击跳转到文档中任意位置的功能&#xff0c;这就是锚点机制&#xff0c;就像游戏中的传送锚点&#xff0c;于是写成文章记录一下使用方式。 本文将详细介绍如何使用Markdown创建文档内部跳转&#xff08;即锚…...

Docker安装pypiserver私服

Docker安装pypiserver私服 1 简介 Python开源包管理工具有pypiserver、devpi和Nexus等&#xff0c;pypiserver安装部署比较简单&#xff0c;性能也不错。 搭建pypiserver私服&#xff0c;可以自己构建镜像&#xff0c;也可以使用官网的docker镜像。 # Github地址 https://g…...

基于微信小程序的居住证申报系统设计与实现(LW+源码+讲解)

专注于大学生项目实战开发,讲解,毕业答疑辅导&#xff0c;欢迎高校老师/同行前辈交流合作✌。 技术范围&#xff1a;SpringBoot、Vue、SSM、HLMT、小程序、Jsp、PHP、Nodejs、Python、爬虫、数据可视化、安卓app、大数据、物联网、机器学习等设计与开发。 主要内容&#xff1a;…...

网站改HTTPS方法

默认的网站建设好后打开的样子那看起来像是钓鱼网站&#xff0c;现在的浏览器特别只能&#xff0c;就是你新买来的电脑默认的浏览器同样也会出现这样“不安全”提示。 传输协议启动了向全球用户安全传输网页内容的流程。然而&#xff0c;随着HTTPS的推出&#xff0c;传输协议通…...

什么是三层交换技术?与二层有什么区别?

什么是三层交换技术&#xff1f;让你的网络飞起来&#xff01; 一. 什么是三层交换技术&#xff1f;二. 工作原理三. 优点四. 应用场景五. 总结 前言 点个免费的赞和关注&#xff0c;有错误的地方请指出&#xff0c;看个人主页有惊喜。 作者&#xff1a;神的孩子都在歌唱 大家好…...

极客说|利用 Azure AI Agent Service 创建自定义 VS Code Chat participant

作者&#xff1a;卢建晖 - 微软高级云技术布道师 「极客说」 是一档专注 AI 时代开发者分享的专栏&#xff0c;我们邀请来自微软以及技术社区专家&#xff0c;带来最前沿的技术干货与实践经验。在这里&#xff0c;您将看到深度教程、最佳实践和创新解决方案。关注「极客说」&a…...

Rust语言进阶之标准输入: stdin用法实例(一百零五)

简介&#xff1a; CSDN博客专家、《Android系统多媒体进阶实战》一书作者 新书发布&#xff1a;《Android系统多媒体进阶实战》&#x1f680; 优质专栏&#xff1a; Audio工程师进阶系列【原创干货持续更新中……】&#x1f680; 优质专栏&#xff1a; 多媒体系统工程师系列【…...

力扣刷题思路

提示&#xff1a;文章写完后&#xff0c;目录可以自动生成&#xff0c;如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言递归70. 爬楼梯112. 路径总和509. 斐波那契数 分治169. 多数元素240.搜索二维矩阵 II --- 二分查找 单调栈 ---「找最近一个比当前值大/小」的问题739. 每日温度…...