Part 7:数据处理
西希安工程模拟软件(上海)有限公司,2008
7.0 介绍
本节内容:数据处理,学习如何输入和输出数据,以及使用Maple的统计、可视化、和数据分 析工具。
7.1 输入和输出数据
使用交互式工具或命令输入和输出数据。
使用Maple,您可以输入许多格式的数据,以及输出 数据到文件中。
输入数据
操作步骤 使用输入数据助手 输入数据文件,支持的格式包括 Excel, MATLAB, 图片,声音,矩 阵,分隔符文件。
例子:从【工具 -> 分析助手】菜 单,选择 输入数据... 读入数据文件 ExcelData.xls(这个 文件位于Maple安装目录下 data/portal 子文件夹)。
选择Excel格式。
依次点击【下一步】,【下一步 】,【下一步】。
您可以添加一个 名称指向该数据,最后点击【完成 】。
输入的数据是数组格式。
现在,使用图形生成器绘制数据对 结果
2
1
应的图形。
鼠标右键点击输入的数据,从弹出 的关联菜单中选择【 Plots>Plot Builder】。
点击【 Plot】。
0
1
2
使用 ExcelTools 程序包 您也可以使用 ExcelTools 程序包中 的命令输入和输出Excel格式的数 据。
例子: 输入Excel文件 ExcelData.xls. 如果文件没有位于当前的文件夹 下,您需要输入数据文件的完整路 径。
在这里,数据文件位于Maple安装 目录下面的 data/portal 子文件夹 中。
命令 kernelopts(datadir) 返回 数据文件夹的路径,然后用 cat 命 令将两个字符串串联组成数据文件 的完整路径。
60 返回和检查第一行数据。
返回数组中元素的个数。
"C:\Program Files\Maple 13\data/portal/ExcelData.xls" (2.1.1)
(2.1.2)
(2.1.3) (2.1.4)
(2.1.4)
使用 plots[pointplot] 画出数据的图 形。
2
1
0
使用readdata命令 readdata 命令从文本文件中读入数 值数据。
调用格式是 readdata("文件名", n), 这里 n 是数据的列数。
readdata 的输出是一个列表,因此 可以使用列表选择命令查看中 Data1 的项。
然后对数据绘图。
1
2
"C:\Program Files\Maple 13\data/portal/DataP2. (2.1.5) dat"
3938
(2.1.6) (2.1.7) (2.1.8)
(2.1.8)
60 50 40 30 20 10 0
ImportMatrix 命令读入数据文件的 方式类似于 readdata 命令,但是 ImportMatrix 的输出是一个矩阵, 而不是一个列表。
(2.1.9)
60 50 40 30 20 10 0
输出数据
操作步骤 输出一个Excel文件 使用 ExcelTools 输出文件。
默认情 况下,文件被输出到当前文件夹。
使用可以 currentdir() 显示当前文 件路径。
结果
作为实验,输入文件的前面10行到 Maple中。
(2.2.1)
输出一个文本文件 writedata 命令将数据写入到一个文 本文件。
调用格式:writedata(fileID,data, format) 这里,fileID是输出的数据文件名 称,data 是数据自身,format 是数 据写入的格式。
格式的可选参数可 以是 integer,float,或 string。
例子: 创建一个列表,使用 seq 命令填入 数据项。
写入数据到文件中。
作为实验,输入一个数据文件到 Maple中。
(2.2.3)
(2.2.2)
7.2 随机分布
操作步骤 使用 rand 命令生成一个数据数。
最简单的调用格式生成一个随机的12 位正整数。
395718860534 rand(a..b) 调用格式返回一个程序, 可以生成介于 a 和 b 之间的数。
为了确保代码每次运行时生成不同的 程序,使用 randmonize 命令重新置 入随机数生成器的种子。
例子: 生成一个介于 -10 到 10 之间的随机 数。
9 (3.2) (3.3) (3.4) (3.1) 结果
(3.2) (3.3) RandomTools 程序包提供了许多工具 和算法用于生成随机数和随机对象, rand 命令是一个面向这个程序包的简 单方式。
Maple 内置的 Statistics 程序包提供了 大量的连续和离散分布,可用于生成 随机数。
在使用这些分布前,首先需 要加载 Statistics 程序包。
例子: 使用平均值为5,标准差为1的正态分 布,生成100个随机数。
6 (3.4)
_R
(3.5)
(3.6) 创建样本数据的线图。
鼠标右击生成的数据。
从关联菜单中 选择 【Statistics>Visualization>Histogram 】。
预览图形后,点击 Quit 返回柱状图 到文件中。
histogram
0
3
4
5
6
7
您也可以使用分布生成一个随机数生 成器。
这里,X1 是一个程序,以 n 为参 数,n 是生成随机数的个数。
(3.7)
(3.8)
(3.7) 每次使用 X1,它会生成新的随机 数。
(3.8) (3.9) (3.10)
例子: 使用 X1(10) 生成10个随机数,然后 使用LineChart命令创建数据的线图。
(3.11)
7
6
5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Data
7.3 统计,回归,和曲线拟合
基础工具
操作步骤 使用Maple,您可以非常容易使用统计工 具、曲线拟合、回归分析。
您可以直接通过右键菜单使用许多有用的 命令。
统计操作 对于一维数组、矢量、或列表,亡灵鼠标 右击数据时,右键菜单将包含统计操作菜 单。
在 【Statistics】下有子目录 Data Manipulation, Quantities, Summary and Tabulation, 和 Visualization 提供了许多统计 操作命令。
例子: 定义如下的列表。
鼠标右击输出,选择 【Statistics > Quantities > Mean】。
(4.1.1) 结果
mean
2.498510331 也可从右键菜单中进入【曲线拟合助手 】。
例子: 在这个例子中,我们首先列出数据对。
鼠标右击数据,从右键菜单中选择【Curve Fitting】。
选择【Curve Fitting>Interactive Curve Fitting】。
弹出定义变量名对话框, 点击【确认】。
打开曲线拟合助手,交互 式使用Maple的曲线拟合命令。
您可以选择曲线的类型,并预览结果。
函数显示在图形的下方。
选择Splines曲线,然后选择对应的【Plot】 按钮。
curve fitting assistant
(4.1.2)
(4.1.2)
11 9 7 5
您可以选择是否返回插值函数或图形。
在 窗口左下侧的下拉菜单,将选项从 Interpolant 改为 Plot。
然后点击完成。
3 0 1 2 3 4 5
x
使用命令进入曲线拟合助手。
例子: 使用前面段落中的数据集合。
1. 输入命令"CurveFitting[Interactive] (DataSet)",打开曲线拟合助手。
2. 在最小二乘法下面,点击 Plot 得到最 小二乘曲线。
3. 在窗口底部,设置选项为返回图形。
在窗口左下侧的下拉菜单,将选项从 Interpolant 改为 Plot。
点击完成。
2
1
0
1
2
3
x
范例:噪声信号
操作步骤 在本例中,您将使用随机数生成器 在信号中加入噪音。
定义噪音为一个均值为1,标准差为 0.5的随机数生成器。
结果
(4.2.1)
噪音信号信号
x
10
2
468
Noisy Signal Fitted Model
x
510。