MATLAB 資料分析方法（第2版） 1.1 資料分析與MATLAB

第1章　matlab基礎　

　matlab資料分析方法

本章主要介紹matlab軟體的一些入門知識，包括matlab界面及其基本操作、變量與函數、運算符與操作符、矩陣資料的輸入與輸出、符号運算、m檔案與程式設計等，為讀者學習以後各章打下基礎。

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<b>1.1　資料分析與matlab</b>

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1.1.1　資料分析概述

1.資料分析的概念

資料分析是指用适當的統計方法對收集來的資料進行詳細研究，提取其中有用資訊并形成結論，以求最大化地開發資料的功能，發揮資料的作用。在統計學領域，有人将資料分析劃分為描述性資料分析、探索性資料分析以及驗證性資料分析。描述性資料分析是描述測量樣本的各種特征及其所代表的總體特征，探索性資料分析側重于在資料之中發現新的特征，驗證性資料分析側重于已有假設的證明或證僞。

資料分析的目的是把隐藏在資料背後的資訊集中和提煉出來，總結出研究對象的内在規律。在實際工作當中，資料分析能夠幫助管理者進行判斷和決策，以便采取适當政策與行動。例如企業通過對産品的市場銷售資料分析，可把握目前産品的市場動向，進而制定出今後合理的産品研發和銷售計劃。

2.資料來源與分類

資料分析的起點是取得資料。資料是通過實驗、測量、觀察、調查等方式擷取的結果，這些結果常以數量的形式展現出來，是以資料也稱為觀測值。資料按照不同的标準進行分類，可分為觀測資料與試驗資料、一手資料與二手資料、時間序列資料與橫截面資料等。

1）觀測資料與試驗資料。觀測資料是在自然的未被控制的條件下觀測到的資料，如社會商品零售額、消費價格指數、汽車銷售量、某地區降水量等。利用這類資料進行觀測所研究的個體，并度量感興趣的變量。試驗資料是在人工幹預和操縱的條件下産生的資料，這種資料通常來自于科學與技術實驗。例如，在研究不同的藥物成分組成對某種疾病的治療效果有什麼不同時，記錄實驗藥物成分在不同的條件下産生相應的治療效果資料，那麼藥物成分資料與治療效果資料就是試驗資料。

2）一手資料與二手資料。一手資料是針對特定的研究問題，通過專門收集、調查或試驗獲得的資料。例如，為制定一家百貨商店的營銷方案，在這家商店所在城市抽取近300戶家庭作為樣本進行調查，收集下列資料：對本商店及其競争對手商店的熟悉程度；家庭成員在各個商店購物的頻率；選擇百貨商店時考慮的因素，如商品品質、種類、退賠政策、服務、價格、店址、商店布局、信用與收款政策；每個商店的偏好評分；被調查者的年齡、性别、受教育程度等。二手資料是由各種媒體、機構等釋出的資料，資料分析人員可以根據研究的問題，從這些資料中加以選擇，如證券市場行情、物價指數、耐用消費品銷售量、利率、國内生産總值、進出口貿易資料等。

3）時間序列資料與橫截面資料。時間序列資料是對同一研究對象按時間順序收集得到的資料，這類資料反映某一事物、現象等随時間的變化狀态或程度。例如，2005年至2014年中國人均國内生産總值指數（上年=100）資料分别為：110.7，112.1，113.6，109.1，108.7，110.1，109.0，107.2，107.2，106.7（資料來源：《中國統計年鑒2014》）。同樣，某商場每日銷售額、某股票每日收盤價、滬深股市每日收盤指數等都是時間序列資料。

橫截面資料是在同一時間、不同統計機關、相同統計名額組成的資料列，這類資料展現的是個體的個性，突出個體的差異。例如，某日滬市全部交易股票的當日收盤價資料、2014年中國31省市人均國内生産總值增長率資料都是橫截面資料。

近年來，出現了将橫截面資料和時間序列資料合并起來進行研究的資料類型，稱為面闆資料（panel data）。該資料具有橫截面和時間序列兩個次元，當這類資料按兩個次元進行排列時，資料都排在一個平面上，與排在一條線上的一維資料有着明顯的不同，整個表格像是一個面闆。該類資料模型可以分析個體之間的差異情況，又可以描述個體的動态變化特征。例如，每年各地區的國内生産總值增長率資料；在一定時期間隔内對同一地區同樣的家庭進行調查，以觀察其住房和經濟狀況是否有變化，這樣得到的資料都是面闆資料。

3.資料分析過程

資料分析過程包括确定資料分析的目标、研究設計、收集資料、分析資料、解釋結果。

1）确定資料分析的目标。資料分析的目标是分析和解決特定的領域問題，而這個問題可以用量化分析的方法來解決。

2）研究設計。研究設計是根據資料分析的目标尋求解決方案。一般而言，資料分析是用量化分析的方法對現象進行描述、解釋、預測與控制。一個特定的領域問題要轉化為資料分析問題，首先要進行量化研究設計，确定用什麼量化研究方法以及怎樣研究。常用的量化研究方法有調查法（用調查或觀測得到的樣本資料推斷總體）、相關研究法、實驗法、時序分析法等。

3）收集資料。确定了所要解決的問題的研究設計後，根據所要采用的量化研究方法收集資料。例如，若采用調查法，需要确定具體抽樣方法以擷取資料；若采用實驗法，需要進行實驗設計，通過實驗來擷取資料等。這些是為所要解決的問題專門收集的一手資料。除此之外，通常還需要二手資料。

4）整理與分析。資料整理與資料分析即利用資料分析方法進行計算和分析。資料分析方法以統計分析技術為主，借助各種軟體（spss、sas、excel、s-plus等）工具，完成資料的計算分析任務。本書以matlab為工具進行計算。

5）解釋和分析計算結果。使用各種方法與軟體等工具計算後，會得到一系列結果，包括各種圖表、資料等。說明、解釋和分析這些結果，或利用計算結果檢驗各種假設、預測、控制等，進而最終解決所要研究的問題。最後送出資料分析報告，供決策時參考。

1.1.2　matlab在資料分析中的作用

matlab是一套高性能的數值計算和可視化軟體，它集矩陣運算、數值分析、信号處理和圖形顯示于一體，構成了一個界面友好、使用友善的使用者環境，是實作資料分析與處理的有效工具，其中matlab統計工具箱更為人們提供了一個強有力的統計分析工具。

選擇matlab軟體作為資料分析工具，不僅節約了資料分析過程中的計算時間，而且增加了統計推斷的正确性，提高了資料分析的效率。但要注意，盡管軟體對資料分析起到非常大的作用，但軟體不能處理資料分析中所有階段所要解決的問題。明确這一點後可以更好地使用軟體。确定資料分析的目标、對問題的研究設計、選擇統計分析方法、收集資料、解釋和分析計算結果，這些都不是軟體所能替代解決的。

本書介紹資料分析的基本理論方法，應用matlab編寫程式進行資料分析，既面向過程又面向對象。為友善讀者，以下對matlab的基本操作方法作比較系統的介紹。