MATLAB 雖然功能很強大，但上手卻很容易，尤其是 R2013a 以后的版本， 使用起來更加容易。 現(xiàn)在使用 MATLAB 的一個理念就是像 Word 一樣去使用 MATLAB。本講將通過一個實例介紹如何像使用 Word 一樣去使用 MATLAB，真正將 MATLAB 當(dāng)工具來使用，即使對于從來沒有用過 MATLAB 的模友來說，也可以輕松入門。

1.?MATLAB 的功能

如果想用 MATLAB 首先要了解 MATLAB 具有哪些功能，圖 1 是 MATLAB 家族產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，包含了眾多工具箱，所以其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在各行業(yè)和學(xué)術(shù)機構(gòu)中，工程師和科學(xué)家使用 MATLAB 大大提高了他們的工作效率。了解 MATLAB 具有哪些功能，就知道在什么情況下可以使用 MATLAB , 縱觀這幅圖就可以知道，無論從事哪個行業(yè)，只要涉及到科學(xué)計算或工程設(shè)計，都可以使用 MATLAB。

圖1 MATLAB?家族產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2.?快速入門案例

MATLAB 雖然是一款程序開發(fā)工具，但依然是工具，所以它可以像其他工具（如 Word）一樣易用。而傳統(tǒng)的學(xué)習(xí) MATLAB 方式一般是從學(xué)習(xí) MATLAB 入門知識開始，比如 MATLAB 矩陣操作、繪圖、數(shù)據(jù)類型、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)值計算等內(nèi)容。學(xué)這些知識的目地是能夠?qū)?MATLAB 用起來，可是即便學(xué)完了，很多人還是不自信自己能獨立、自如地使用 MATLAB。這是因為在我們學(xué)習(xí)這些知識的時候，目標(biāo)是虛無的，不是具體的目標(biāo)，具體的目標(biāo)應(yīng)該是要解決某一問題。

數(shù)模哥雖然已使用多年的 MATLAB，但記住的 MATLAB命令不超過 20 個，每次都靠幾個常用的命令一步一步地實現(xiàn)各種項目。所以說想使用 MATLAB 并不需要那么多知識的積累，只要掌握住 MATLAB 的幾個小技巧就可以了。下面將通過一個小項目，帶著大家一步一步用 MATLAB 解決一個實際問題，并假設(shè)我們都是 MATLAB 的門外漢（還不到菜鳥的水平）。

我們要解決的問題是：已知股票的交易數(shù)據(jù)：日期、開盤價、最高價、最低價、收盤價、成交量和換手率，試用某種方法來評價這只股票的價值和風(fēng)險。

這是個開放的問題，但比較好的方法肯定是用定量的方式來評價股票的價值和風(fēng)險，所以這是個很典型的科學(xué)計算問題。通過前面對 MATLAB 功能的介紹，我們可以確信 MATLAB 可以幫助我們（選擇合適的工具）。

現(xiàn)在拋開 MATLAB，我們來看對于一個科學(xué)計算問題，一個典型的處理流程是怎樣的。一個典型科學(xué)計算的流程如圖 2 所示，即獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)探索和建模，最后是將結(jié)果分享出去。

圖2 MATLAB?典型科學(xué)計算流程

現(xiàn)在根據(jù)這個流程，看如何用 MALTAB 實現(xiàn)這個項目。

第一階段：從外部讀取數(shù)據(jù)

對于一個門外漢，我并不知道如何用命令來操作，但計算機操作經(jīng)驗告訴我們當(dāng)不知如何操作的時候，不妨嘗試一下右鍵，故：

Step1.1：選中數(shù)據(jù)文件，右鍵，將彈出右鍵列表，很快可發(fā)現(xiàn)有個“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”菜單，如圖 3 所示。

圖3?啟動導(dǎo)入數(shù)據(jù)引擎示意圖

Step1.2：單擊“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”這個按鈕，則很快發(fā)現(xiàn)起到一個導(dǎo)入數(shù)據(jù)引擎，如圖 4 所示。

圖2-4導(dǎo)入數(shù)據(jù)界面

圖4?導(dǎo)入數(shù)據(jù)界面

Step1.3：觀察圖 4，只在右上角有個“導(dǎo)入所選內(nèi)容”按鈕，則可直接單擊之。馬上我們就會發(fā)現(xiàn)在 MATLAB 的工作區(qū)（當(dāng)前內(nèi)存中的變量）就會顯示這些導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，并以列向量的方式表示，因為默認(rèn)的數(shù)據(jù)類型就是“列向量”，當(dāng)然您可以可以選擇其他的數(shù)據(jù)類型，大家不妨做幾個實驗，觀察一下選擇不同的數(shù)據(jù)類型后會結(jié)果會有什么不同。至此，第一步獲取數(shù)據(jù)的工作的完成。

第二階段：數(shù)據(jù)探索和建模

現(xiàn)在重新回到問題，對于該問題，我們的目標(biāo)是能夠評估股票的價值和風(fēng)險，但現(xiàn)在我們還不知道該如何去評估，MATLAB 是工具，不能代替我們決策用何種方法來評估，但是可以輔助我們得到合適的方法，這就是數(shù)據(jù)探索部分的工作。下面我們就來嘗試如何在 MATLAB 中進行數(shù)據(jù)的探索和建模。

Step2.1：查看數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息，了解我們的數(shù)據(jù)。具體操作方式是雙擊工具區(qū)（直接雙擊這三個字），此時會得到所有變量的詳細統(tǒng)計信息。通過查看這些基本的統(tǒng)計信息，有助于快速在第一層面認(rèn)識我們所正在研究的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，只要大體瀏覽即可，除非這些統(tǒng)計信息對某個問題都有很重要的意義。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息是認(rèn)識數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，但不夠直觀，更直觀也更容易發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律的方式就是數(shù)據(jù)可視化，也就是以圖的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息。下面我們將嘗試用 MATLAB 對這些數(shù)據(jù)進行可視化。

由于變量比較多，所以還有必要對這些變量進行初步的梳理。對于這個問題，我們一般關(guān)心收盤價隨時間的變化趨勢，這樣我們就可以初步選定日期（DateNum）和收盤價（Pclose）作為重點研究對象。也就是說下一步，要對這這兩個變量進行可視化。

對于一個新手，我們還不知道如何繪圖。但不要緊，新版 MATLAB 提供了更強大的繪圖功能——“繪圖”面板，這里提供了非常豐富的圖形原型，如圖 5 所示。

圖5 MATLAB繪圖面板中的圖例

要注意，需要在工作區(qū)選中變量后繪圖面板中的這些圖標(biāo)才會激活。接下來就可以選中一個中意的圖標(biāo)進行繪圖，一般都直接先選第一個（plot）看一下效果，然后再瀏覽整個面板，看看有沒有更合適的。下面我們進行繪圖操作。

Step2.2：選中變量 DataNum 和 Pclose，在繪圖面板中單機 plot 圖標(biāo)，馬上可以得到這兩個變量的可視化結(jié)果，如圖 6 所示，同時還可以在命令窗口區(qū)顯示繪制此圖的命令：

>> plot(DateNum,Pclose)

圖6?通過?plot?圖標(biāo)繪制的原圖

這樣我們就知道了，下次再繪制這樣的圖直接用 plot 命令就可以了。一般情況下，用這種方式繪圖的圖往往不能滿足我們的要求，比如我們希望更改：

（1）曲線的顏色、線寬、形狀；

（2）坐標(biāo)軸的線寬、坐標(biāo)，增加坐標(biāo)軸描述；

（3）在同個坐標(biāo)軸中繪制多條曲線。

此時我們就需要了解更多關(guān)于命令 plot 的用法，這時就可以通過 MATLAB 強大的幫助系統(tǒng)來幫助我們實現(xiàn)期望的結(jié)果。最直接獲取幫助的兩個命令是 doc 和 help，對于新手來說，推薦使用 doc，因為 doc 直接打開的是幫助系統(tǒng)中的某個命令的用法說明，不僅全，而且有應(yīng)用實例，這樣就可以“照貓畫虎”，直接參考實例，從而將實例快速轉(zhuǎn)化成自己需要的代碼。

接下來我們就要考慮如何評估股票的價值和風(fēng)險呢？

從圖 6 可以大致看出，對于一只好的股票，我們希望股票的增幅越大越好，體現(xiàn)在數(shù)學(xué)上，就是曲線的斜率越大越好。而對于風(fēng)險，則可用最大回撤來描述更合適。不妨一個一個來，我們先來看如何計算曲線的斜率。對于這個問題，比較簡單，由于從數(shù)據(jù)的可視化結(jié)果來看，數(shù)據(jù)近似成線性，所以不妨用多項式擬合的方法來擬合該改組數(shù)據(jù)的方程，這樣我們就可以得到斜率。

如何擬合呢？對于一個新手來說，我并不清楚用什么命令。此時又可以用幫助系統(tǒng)了。在 MATLAB 主面板（靠近右側(cè)）點擊“幫助”，就可以打開幫助系統(tǒng)，在搜索框中搜索多項式擬合的英文單詞“polyfit”，馬上就可以列出與該關(guān)鍵詞相關(guān)的幫助信息，同時很快就會發(fā)現(xiàn)，正好有個命令就是 polyfit，果斷點擊該命令，進入該命令的用法頁面，了解該命令的用法，就可以直接用了。也可以直接找中意的案例，然后直接將案例中的代碼拷貝過去，修改數(shù)據(jù)和參數(shù)就可以了。

Step2.3：通過幫助搜索多項式擬合的命令，并計算股票的價值，具體代碼為：

>> p = polyfit(DateNum,Pclose,1);?%?多項式擬合

>> value = p(1)?%?將斜率賦值給value，作為股票的價值

value =

??? 0.1212

Step2.4：用相似的方法，可以很快得到計算最大回撤的代碼：

>> MaxDD = maxdrawdown(Pclose);?%?計算最大回撤

>> risk = MaxDD??%?將最大回撤賦值給risk，作為股票的風(fēng)險

risk =

??? 0.1155

到此處，我們已經(jīng)找到了評估股票價值和風(fēng)險的方法，并能用 MALTAB 來實現(xiàn)了。但是，我們都是在命令行中實現(xiàn)的，并不能很方便地修改代碼。而 MATLAB 最經(jīng)典的一種用法就是腳本，因為腳本不僅能夠完整地呈現(xiàn)整個問題的解決方法，同時更便于維護、完善、執(zhí)行，優(yōu)點很多。所以當(dāng)我們的探索和開發(fā)工作比較成熟后，通常都會將這些有用的程序歸納整理起來，形成腳本。現(xiàn)在我們就來看如何快速開發(fā)解決該問題的腳本。

Step2.5：像 Step1.1 一樣，重新選中數(shù)據(jù)文件，右鍵并單擊“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”菜單，待啟動導(dǎo)入數(shù)據(jù)引擎后，選擇“生成腳本”，然后就會得到導(dǎo)入數(shù)據(jù)的腳本，并保存該腳本。

Step2.6：從命令歷史中選擇一些有用的命令，并復(fù)制到 Step2.5 得到的腳本中，這樣就很容易得到了解決該問題的完整腳本了，如下所示：

%% MATLAB?入門案例

%%?導(dǎo)入數(shù)據(jù)

clc, clear, close?all

%?導(dǎo)入數(shù)據(jù)

[~, ~, raw] = xlsread('sz000004.xls','Sheet1','A2:H99');

?

%?創(chuàng)建輸出變量

data = reshape([raw{:}],size(raw));

?

%?將導(dǎo)入的數(shù)組分配給列變量名稱

Date = data(:,1);

DateNum = data(:,2);

Popen = data(:,3);

Phigh = data(:,4);

Plow = data(:,5);

Pclose = data(:,6);

Volum = data(:,7);

Turn = data(:,8);

%?清除臨時變量

?clearvars data?raw;

?

?%%?數(shù)據(jù)探索

figure?%?創(chuàng)建一個新的圖像窗口

plot(DateNum,Pclose,'k')?%?更改圖的的顏色的黑色（打印后不失真）

datetick('x','mm');%?更白日期顯示類型

xlabel('日期');?% x軸說明

ylabel('收盤價');?% y軸說明

figure

bar(Pclose)?%?作為對照圖形

?

%%?股票價值的評估

p = polyfit(DateNum,Pclose,1);?%?多項式擬合,

%?分號作用為不在命令窗口顯示執(zhí)行結(jié)果

P1 = polyval(p,DateNum);?%?得到多項式模型的結(jié)果

figure

plot(DateNum,P1,DateNum,Pclose,'*g');?%?模型與原始數(shù)據(jù)的對照

value = p(1)?%?將斜率賦值給value，作為股票的價值。

?

%%?股票風(fēng)險的評估

MaxDD = maxdrawdown(Pclose);?%?計算最大回撤

risk = MaxDD??%?將最大回撤賦值給risk，作為股票的風(fēng)險

到此處，第二階段的數(shù)據(jù)探索和建模工作就完成了。

第三階段：發(fā)布

當(dāng)項目的主要工作完成之后，就進入了項目的發(fā)布階段，換句話說，就是將項目的成果展示出去。下面還將繼續(xù)上面的案例將介紹如何通過 MATLAB 的 publish 功能，來快速發(fā)布報告。

Step3.1：在腳本編輯器的“發(fā)布”面板，從“發(fā)布”按鈕（最右側(cè)）的下拉菜單中，選擇“編輯發(fā)布選項”，這樣就打開了發(fā)布的配置面板。

Step3.2：根據(jù)自己的要求，選擇合適的“輸出文件格式”，默認(rèn)為 html，但比較常用的是 Word 格式，因為 Word 格式便于編輯，尤其是對于寫報告或論文。然后單擊“發(fā)布”按鈕，就可以運行程序，同時會得到一份詳細的運行報告，包括目錄、實現(xiàn)過程、主要結(jié)果和圖，當(dāng)時也可以配置其他選項來控制是否顯示代碼等內(nèi)容。

至此，整個項目就算完成了。我們可以發(fā)現(xiàn)，這個過程中，我們并沒有需要記住多少個 MATLAB 命令，只用少數(shù)幾個命令，MATLAB 就幫我們完成了想做的事情。通過這個項目，我們可以有這樣的基本認(rèn)識，一是 MATLAB 的使用真的很簡單，就像一般的辦公工具那樣好用；二是在做項目的過程中，思路是核心，我們只是用 MATLAB 快速實現(xiàn)了我們想做的事情。

3.?入門后的提高

快速入門是為了讓我們快速建立對 MATLAB 的使用信心，有了信心后，提高就是自然而然的事情了。為了幫助讀者能夠更自如的應(yīng)用 MATLAB，下面將介紹幾個入門后提高 MATLAB 使用水平的幾個建議：

一是要了解 MATLAB 最常用的操作技巧和最常用的知識點，基本上是每個項目中都會用到的最基本的技巧。入門之后， 再去看 MATLAB 的基礎(chǔ)知識（幫助系統(tǒng)里有個 Language Fundamentals ）， 視角就完全不一樣了， 有種一覽眾山小的從容。

二是要了解 MATLAB 的開發(fā)模式，這樣無論項目多復(fù)雜，都能靈活面對。關(guān)于 MATLAB 開發(fā)模式， 可以參考《大數(shù)據(jù)挖掘：系統(tǒng)方法與實例分析》中的第三章， 或者 MathWorks 官網(wǎng)上的關(guān)于 MATLAB 程序開開發(fā)技巧的視頻,點擊閱讀原文觀看視頻。

三是在實踐中學(xué)習(xí)，不斷積累經(jīng)驗和知識，拓展 MATLAB 的外延。

根據(jù)以上三點，大家就可以逐漸變成 MATLAB 高手了，至少可以很自信地使用 MATLAB 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数学建模专栏 | 第二篇 ：MATLAB 数学建模快速入门的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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