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:
missingValues
中true
(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:
ID | Age | Status |
---|---|---|
1 | 25 | “Complete” |
2 | NaN | “” |
3 | 30 | “” |
执行 missingValues = ismissing(data)
后,结果如下:
ID | Age | Status |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 |
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:
data.Age
:待填充的列(数值型向量)。'constant'
:填充方式为“常量填充”,即用固定值替换缺失值。mean(data.Age, 'omitnan')
:计算data.Age
列的均值时忽略NaN
值。
关键步骤
-
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
。
- 假设
-
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]
。
- 原始数据:
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
-
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)。
-
处理全缺失列:
- 若某列全部为
NaN
,mean(..., '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
- 若某列全部为
-
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);
- 分类数据(如
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 和 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)。
- 原始数据可能是整数(
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 |
---|---|
25 | Male |
30 | Female |
28 | Male |
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 |
---|---|
25.0 | Male |
30.0 | Female |
28.0 | Male |
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 | 慢 | 快 |
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
- 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
)。
- 确保转换后的类型适合后续分析(例如日期数据应转为
- 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。
- 默认按字母顺序排列,可通过
- 缺失值处理:
- 分类变量中的缺失值显示为
<undefined>
,需用addcats
和fillmissing
处理。
- 分类变量中的缺失值显示为
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:
Gender | GroupCount | mean_Score |
---|---|---|
Female | 2 | 90 |
Male | 2 | 81.5 |
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:
HR | IT | |
---|---|---|
Female | 2 | 0 |
Male | 0 | 2 |
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:
Score | AdjustedScore |
---|---|
85 | 90 |
92 | 97 |
78 | 83 |
88 | 93 |
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
-
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。
-
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>
)。
-
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。
- 优先使用向量化操作(如
五、扩展函数推荐
函数 | 作用 | 示例 |
---|---|---|
grpstats | 分组统计(类似 groupsummary ) | grpstats(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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Docker安装pypiserver私服 1 简介 Python开源包管理工具有pypiserver、devpi和Nexus等,pypiserver安装部署比较简单,性能也不错。 搭建pypiserver私服,可以自己构建镜像,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,欢迎高校老师/同行前辈交流合作✌。 技术范围: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:…...
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,现在的浏览器特别只能,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,随着HTTPS的推出,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?让你的网络飞起来! 一. 什么是三层交换技术?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,有错误的地方请指出,看个人主页有惊喜。 作者: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: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,我们邀请来自微软以及技术社区专家,带来最前沿的技术干货与实践经验。在这里,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: CSDN博客专家、《Android系统多媒体进阶实战》一书作者 新书发布:《Android系统多媒体进阶实战》🚀 优质专栏: Audio工程师进阶系列【原创干货持续更新中……】🚀 优质专栏: 多媒体系统工程师系列【…...
力扣刷题思路
提示:文章写完后,目录可以自动生成,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…...