MATLAB学习之旅：数据统计与分析

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@小白创作中心

MATLAB学习之旅：数据统计与分析

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https://developer.aliyun.com/article/1653682

在MATLAB中，我们掌握了数据导入、处理及插值拟合等基础技能。接下来，我们将深入数据统计与分析领域，学习描述性统计量（如均值、标准差）、数据分布分析（如直方图、正态概率图）、数据排序与排名、数据匹配查找以及数据可视化（如箱线图、散点图）。这些工具帮助我们挖掘数据中的有价值信息，揭示数据的奥秘，为后续数据分析打下坚实基础。

数据统计的基础：描述性统计量

在我们开始深入探究数据统计之前，首先需要了解一些描述性统计量。这些统计量就像是数据集的“名片”，能够快速地让我们对数据有一个整体的认识。

在MATLAB中，我们可以轻松地计算各种描述性统计量。例如，对于一个数据集 data，我们可以使用 mean 函数来计算其均值，即数据的平均值；使用 std 函数来计算标准差，衡量数据的离散程度；使用 var 函数来计算方差等。下面是一个简单的示例：

data = [12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30];
mean_value = mean(data);
std_value = std(data);
var_value = var(data);
disp(['均值：', num2str(mean_value)]);
disp(['标准差：', num2str(std_value)]);
disp(['方差：', num2str(var_value)]);

在这个例子中，我们计算了数据集 data 的均值、标准差和方差，并将结果展示出来。这些统计量能够帮助我们了解数据的集中趋势和离散程度。均值告诉我们数据的中心位置，标准差则描述了数据相对于均值的分散程度，方差则是标准差的平方，它同样反映了数据的离散情况。

数据统计进阶：分布分析

除了描述性统计量，我们还经常需要分析数据的分布情况。不同的数据分布具有不同的特点和应用场景。例如，正态分布是一种常见的分布，它具有对称的特点，在统计学和许多应用领域中都有广泛的应用。

在MATLAB中，我们可以使用一些函数来分析数据的分布。例如，histogram 函数可以绘制数据的直方图，直观地展示数据的分布情况；normplot 函数可以绘制正态概率图，用于检验数据是否符合正态分布。下面是一个绘制直方图和正态概率图的示例：

data = randn(1, 1000);  % 生成1000个符合正态分布的随机数
histogram(data);
title('数据直方图');
xlabel('值');
ylabel('频数');
figure;
normplot(data);
title('正态概率图');

在这个例子中，我们首先生成了1000个符合正态分布的随机数，然后使用 histogram 函数绘制了直方图，观察数据的分布情况。接着，使用 normplot 函数绘制了正态概率图，如果数据点大致沿着一条直线分布，则说明数据接近正态分布。

数据排序与排名

在某些情况下，我们可能需要根据数据的值对数据进行排序或确定每个数据的排名。这在数据分析中是一个常见的操作。在MATLAB中，我们可以使用 sort 函数对数据进行排序，使用 rankdata 函数来计算每个数据的排名。

下面是一个示例代码：

% 原始数据
data = [3, 7, 1, 9, 5];
% 对数据进行排序
sorted_data = sort(data);
% 初始化排名数组
ranked_data = zeros(size(data));
% 遍历每个数据，找到其在排序后数组中的位置作为排名
for i = 1:length(data)
    ranked_data(i) = find(sorted_data == data(i), 1);
end
% 显示排序后的数据
disp(['排序后的数据：', num2str(sorted_data)]);
% 显示数据的排名
disp(['数据的排名：', num2str(ranked_data)]);

在这个例子中，我们首先使用 sort 函数对数据进行了升序排序，然后使用 rankdata 函数计算了每个数据的排名。排序和排名操作能够帮助我们对数据进行进一步的分析和处理。

数据匹配与查找

在实际的数据处理中，我们常常需要根据某些条件来查找或匹配数据。例如，我们可能需要查找某个数据集中满足特定条件的数据点。MATLAB提供了各种函数来实现数据匹配和查找操作，如 find 函数和 strcmp 函数等。

find 函数可以根据条件来查找满足条件的数据点的索引，strcmp 函数则可以用于比较两个字符串是否相等。下面是一个示例代码：

% 定义数据数组
data = [12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30];
% 创建条件逻辑数组
condition = data > 20;
% 查找满足条件的数据索引
indices = find(condition);
% 显示满足条件的数据索引
disp(['满足条件的数据索引：', num2str(indices)]);
% 定义两个字符串
str1 = 'hello';
str2 = 'hello';
% 比较两个字符串是否相等
isEqual = strcmp(str1, str2);
% 将逻辑值转换为字符串并显示结果
disp(['两个字符串是否相等：', num2str(isEqual)]);

在这个例子中，我们首先使用 find 函数查找了 data 中大于20的数据点的索引，然后使用 strcmp 函数比较了两个字符串是否相等。

数据统计可视化

在数据分析中，可视化是一个非常重要的工具。它能够帮助我们更直观地理解数据的统计结果和分布情况。MATLAB提供了丰富的绘图函数来帮助我们进行数据可视化。

除了之前我们介绍的直方图和正态概率图，还有一些其他的绘图函数，如 boxplot 函数可以绘制箱线图，展示数据的分布特征；scatter 函数可以绘制散点图，用于研究两个变量之间的关系等。下面是一个绘制箱线图和散点图的示例：

data = [12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30];
boxplot(data);
title('箱线图');
figure;
x = randn(1, 50);
y = randn(1, 50);
scatter(x, y);
title('散点图');
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');

我们使用 boxplot 函数绘制了数据的箱线图，展示了数据的四分位数、异常值等信息。然后，使用 scatter 函数绘制了散点图，研究了两个随机变量的关系。