MATLAB 统计工具箱 在数学建模中的应用
数模竞赛matlab
数模竞赛MATLAB介绍数学建模竞赛是一项旨在培养学生综合运用数学、计算机和统计学知识解决实际问题的能力的比赛。
而MATLAB作为一款强大的数学软件，被广泛应用于各种数学建模竞赛中。
本文将介绍MATLAB在数模竞赛中的应用，包括其优势、常用工具和技巧。
MATLAB在数模竞赛中的优势MATLAB作为一款专业的数学软件，在数模竞赛中具有以下优势：1.强大的计算能力：MATLAB提供了丰富的内置函数和工具箱，可以快速进行复杂的计算和数据处理，大大提高了解题效率。
2.灵活的编程环境：MATLAB支持脚本编程和函数编程，可以根据不同问题选择合适的编程方式。
同时，MATLAB还支持面向对象编程，方便对复杂问题进行模块化设计。
3.丰富的可视化功能：MATLAB拥有强大的图形绘制功能，可以直观地展示数据、结果和模型。
这对于理解问题、验证解决方案以及向评委展示成果都非常重要。
4.广泛的工具和资源：MATLAB拥有庞大的用户群体，因此有大量的开源工具和资源可供使用。
这些工具和资源可以帮助竞赛选手更快地解决问题，提高竞赛成绩。
常用MATLAB工具和技巧数据处理与分析在数模竞赛中，数据处理与分析是非常重要的一步。
MATLAB提供了丰富的函数和工具箱，可以帮助竞赛选手快速、准确地进行数据处理与分析。
1.导入数据：MATLAB支持导入各种格式的数据文件，如文本文件、Excel文件、CSV文件等。
通过使用readtable或xlsread等函数，可以将外部数据导入到MATLAB中进行后续处理。
2.数据清洗：对于不规范或有缺失值的数据，竞赛选手可以使用MATLAB内置函数进行清洗、填充或删除操作。
例如，isnan函数可用于判断是否存在缺失值。
3.统计分析：MATLAB提供了丰富的统计分析函数和工具箱，如mean、std、corrcoef等。
这些函数可以帮助竞赛选手对数据进行描述性统计分析，并发现数据之间的关系。
建模与模拟建模与模拟是数模竞赛中的核心环节。
如何使用Matlab进行统计分析和数据建模
如何使用Matlab进行统计分析和数据建模导言：统计分析和数据建模是现代科学研究和工程实践中重要的一环，可以帮助我们从数据中发现规律、预测趋势、优化决策。
Matlab作为一种常用的科学计算软件，提供了丰富的统计分析和数据建模工具，使得我们可以方便地进行数据处理和分析，本文将介绍使用Matlab进行统计分析和数据建模的方法和技巧。
一、数据预处理在进行统计分析和数据建模之前，首先需要对原始数据进行预处理，以清洗数据、消除异常值、处理缺失数据等。
Matlab提供了丰富的数据预处理函数和工具箱，可以帮助我们完成这些任务。
1. 数据清洗：使用Matlab中的数据清洗函数，如`cleandata`等，可以去除数据中的噪声和不相关的信息，使得数据更加准确和可靠。
2. 异常值处理：使用Matlab中的异常值检测函数、过滤函数等，如`isoutlier`、`filtdata`等，可以检测和处理数据中的异常值，防止异常值对分析结果的影响。
3. 缺失数据处理：使用Matlab中的缺失数据处理函数，如`ismissing`、`fillmissing`等，可以处理数据中的缺失值，填充缺失数据或根据其他数据进行插补，保证数据的完整性和可用性。
二、描述性统计分析描述性统计分析是对数据进行总结和描述的过程，可以帮助我们了解数据的基本情况、分布特征、关联关系等。
Matlab提供了丰富的描述性统计分析函数和工具，可以帮助我们完成这些任务。
1. 基本统计量计算：使用Matlab中的`mean`、`std`、`median`等统计函数，可以计算数据的均值、标准差、中位数等基本统计量，对数据的集中趋势和离散程度进行描述。
2. 分布特征分析：使用Matlab中的`histogram`、`boxplot`等函数，可以绘制数据的直方图、箱线图等图形，了解数据的分布特征、偏态程度、异常值情况等。
3. 关联关系分析：使用Matlab中的`corrcoef`、`cov`等函数，可以计算数据的相关系数、协方差等，进一步研究数据之间的关联关系，发现变量之间的线性或非线性关系。
MATLAB在数学建模中的应用
MATLAB在数学建模中的应用随着科学技术的不断进步，数学建模在许多领域得到了广泛的应用。
其中，MATLAB作为一种功能强大的计算软件，具有很多优势，使其成为数学建模中的重要工具之一。
本文将介绍MATLAB在数学建模中的应用。
一、MATLAB的基本特点MATLAB是一种用于数学计算、数据分析、可视化和编程的高级技术计算软件。
它提供了许多方便且易于使用的功能，包括数值分析、矩阵计算、信号处理、图像处理、统计分析和数据可视化等等。
MATLAB的高度集成性、易于编程、优雅的编程语言和强大的可视化功能，使其广泛应用于工程领域、科学研究、数学建模等领域。
二、MATLAB在数学建模中的应用1.求解数学模型MATLAB提供了一组广泛的数学函数和工具箱，用于求解各种数学模型。
例如微分方程、线性代数、函数逼近和数值积分等等。
通过这些工具箱可方便地进行数学建模，完成各种数学问题的求解。
同时，MATLAB的计算速度非常快，可以大大缩短计算时间，提高求解精度。
2.绘制图像MATLAB可以生成各种类型的图形和图表，从二维和三维函数图到统计图和数据可视化。
因为MATLAB支持向量和矩阵计算，因此绘制图像非常方便，可以准确地显示数学模型的参数变化。
这对于数学建模的理解和分析，以及对结果的解释和演示非常有帮助。
3.设计算法MATLAB是一种基于高级编程语言的环境。
因此，它为数学建模者提供了编写自己的算法的机会。
MATLAB不仅提供了许多内置的算法，而且还可以自定义算法，以满足特定的需求。
这给数学建模者带来了更多的灵活性和自主性。
4.交互式研究MATLAB提供了交互式控制台，将数值计算和可视化相结合。
数学建模者可以通过这个控制台和模型进行交互式研究，并在过程中进行参数设置和模型调整。
这种交互方式可以及时观察模型的性能和结果，以便及时调整模型参数。
同时它也可以帮助数学建模者更加深入地理解模型本身。
三、MATLAB在数学建模中的优势MATLAB具有许多出色的特点，使得它成为数学建模中的首选工具。
MATLAB在数学建模方面的应用
MATLAB在数学建模方面的应用计算机仿真技术与ＣＡＤ——基于MATLAB的控制系统（第二版）课程结业论文课题：matlab在数学建模方面的应用专业班级： 08自动化学生：学号：设计时间： 2010/12/20论文目录一、MATLAB简介二、Matlab在现在科技及生产上的应用三、利用matlab实现数学建模的一般步骤四、Matlab在数学建模方面的应用示例五、论文结束语一、 MATLAB的简介：MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
二、软件应用Matlab以其丰富的数据类型和结构、友善的面向对象、快速的图形可视、广博的应用开发工具在控制界得到了广泛地应用，目前已成为控制系统计算机辅助设计领域中最流行和最受欢迎的软件环境。
但是，用Matlab进行控制系统分析，需要学会Matlab的M编程语言和熟悉它的子程序。
因此，如何利用Matlab强大的图形对象属性设置技术及图形用户界面制作技术为自动控制教学服务成为主要课题。
为此，设计了具有良好的人机交互界面并能完成线性控制系统的计算机辅助分析的教学软件。
数学模型是控制系统分析研究的基础，也是综合设计系统的依据。
MATLAB软件在数学建模中的应用3
四、在 VC++中通过调用 Matlab 实现回归分析。。。。。。。 4.1 在 VC++中调用 Matlab 方法简介。。。。。。。。。。。。 4.2. 已知原油粘度-温度实验数据，建立粘度-温度的数学模型。。。 4.3 实例分析。。。。。。。。。。。。。。。 4.4 结束语。。。。。。。。。。。。。。。。 五、总结。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 六、体会。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
数学建模论文
题目： MATLAB 软件在数学建模中的应用
学生姓名：周加旺 专 学 业：数学与应用数学 号：39241113107
指导教师：聂登国
目
录
一、问题的提出。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。 。 1.1、软件的应用。。。。。。。。。。。。。。。。 1.2、对数学建模的介绍。。。。。。。。。。。。。。 1.3、数学建模的一般方法。。。。。。。。。。。。。 1.4、MATLAB 在数学建模中的应用。。。。。。。。。。 二、MATLAB 在数学建模中的应用实例。。。。。。。。。 2.1、计划问题。。。。。。。。。。。。。。。。 2.2、二次规划模型。。。。。。。。。。。。。。 2.3、多目标规划模型。。。。。。。。。。。。。。 三、确定变量之间的关系。。。。。。。。。。。。。。 3.2 求数字特征。。。。。。。。。。。。。。。 3.3 绘制误差条图。。。。。。。。。。。。。。。。 3.4、对模型进行模拟。。。。。。。。。。。。。。
matlab在数学建模中的运用
matlab在数学建模中的运用
Matlab广泛应用于数学建模中，因为它具有处理数学问题的强大功能和丰富的工具集。
以下是Matlab在数学建模中的一些常见应用：
1.解微分方程：Matlab提供了各种数值求解器和工具，可以解决各种常微分方程和偏微分方程，这对于动力学系统、控制系统和其他物理现象的建模与仿真非常有用。
2.优化问题：Matlab包括了丰富的优化工具箱，可用于解决各种优化问题，例如线性规划、非线性规划、整数规划等。
3.统计分析：Matlab提供了丰富的统计工具箱，可用于数据分析、拟合曲线、确定概率分布、执行假设检验等。
4.数值模拟：Matlab具有强大的数值计算能力，可用于模拟各种数学模型，例如物理系统、金融模型、生态系统等。
5.图形可视化：Matlab提供了丰富的绘图功能，可用于可视化数学模型的结果和解决方案，以及制作各种类型的图表和图形。
Matlab在统计建模中的实践技巧
Matlab在统计建模中的实践技巧统计建模是现代数据分析中的重要环节，它利用统计方法对数据进行建模和分析，以揭示数据背后的规律和特征。
作为一种功能强大的数学软件，Matlab在统计建模中发挥了重要作用。
本文将介绍一些在统计建模中使用Matlab的实践技巧，具体包括数据处理、探索性分析、建模和评估等方面。
一、数据处理在进行统计建模前，数据处理是必不可少的一步。
Matlab提供了多种数据处理函数和工具，可以帮助我们对数据集进行清洗、缺失值处理和异常值检测等操作。
首先，我们可以使用Matlab中的数据导入工具将数据加载到工作空间中。
例如，可以使用readtable函数读取Excel或CSV文件中的数据，并将其转换为Matlab表格格式，方便后续的处理和分析。
其次，我们可以利用Matlab中的数据清洗函数进行数据清洗。
例如，使用fillmissing函数可以根据指定的方法填充缺失值，使用rmmissing函数可以删除含有缺失值的样本。
另外，我们还可以使用Matlab中的统计函数对数据进行异常值检测和处理。
例如，使用zscore函数可以计算每个观测值相对于其所在样本的均值和标准差的偏差值，从而判断是否存在异常值。
二、探索性分析在进行统计建模前，我们需要对数据进行探索性分析，以了解数据的基本特征和潜在规律。
Matlab提供了丰富的可视化函数和工具，可以帮助我们对数据进行可视化分析和探索。
首先，我们可以使用Matlab中的plot函数绘制各种类型的图表，如散点图、箱线图和直方图等。
这些图表可以帮助我们观察变量之间的关系、分布情况和异常情况等。
其次，Matlab还提供了统计工具箱，其中包括各种统计模型和方法的函数。
我们可以利用这些函数来计算相关系数、频数分布和概率分布等统计指标，以深入了解数据的特征和分布情况。
另外，Matlab还提供了交互式工具，如数据编辑器和变量编辑器等。
我们可以通过这些工具直观地查看和编辑数据，对数据进行某些操作，如添加、删除、修改和筛选等。
MATLAB在数学建模中的应用
M AT L A B 在 教 育 和 研 究 领 域 的 应 用 前 景
促进数学建模教 育：MATL AB提 供了丰富的工具 和资源，帮助学 生和教师更容易 地学习和教授数 学建模。
支持科研工作： 科学家和研究人 员使用MATL AB 进行数据分析和 可视化，算法开 发，以及模拟和 建模。
案例：使用MATL AB求解非线性最小二乘问题，通过迭代算法找到最优解。
优势：MATL AB提供了高效的优化工具箱，可以进行大规模的优化计算。
应用领域：非线性优化问题在许多领域都有应用，如机器学习、图像处理、控制系统 等。
微分方程的求解
描述了使用MATL AB求解微分方程的基本步骤 提供了使用MATL AB求解微分方程的示例代码 介绍了使用MATL AB求解微分方程的优势和局限性 总结了MATL AB在数学建模中求解微分方程的应用场景和效果
如何使用MATLAB 进行数学建模
M AT L A B 的 基 本 语 法 和 操 作
变量定义：使用变量名和赋值符号（=）定义变量 矩阵运算：使用方括号[]进行矩阵的创建和运算 函数定义：使用function关键字定义函数，输入输出参数用逗号分隔 控制流语句：使用if、else、for、while等控制流语句进行程序流程控制
M AT L A B 的 起 源 ： 由 C l e v e M o l e r 于1980年代初开发，旨在为线性 代数课程提供一种更有效的方法。
M AT L A B 的 发 展 ： 经 过 多 年 的 不 断 发 展 和 完 善 ， M AT L A B 已 经 成 为 一 个功能强大的数学计算软件，广泛 应用于科学、工程和数学领域。
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n i 1
xi
s
[1 n 1
n i 1
( xi
m)2 ]1/ 2
MATLAB 统计工具箱常用命令(一)
分布 均匀 指数 正态 2 t F 二项 泊松 分布 分布 分布 分布 分布 分布 分布 分布
字符 unif exp norm chi2 t f bino poiss
功能 字符
概率 密度
分布 函数
d 2G dn2
0
由（1）或（2）得到的n是每天 平均利润最大的最佳购进量。
结果解释
n
0
n
p(r)dr p(r)dr
ab bc
取n使
n
0
p(r)dr
P1 ,
n
p(r)dr
P2
p
P1 a b
P2 b c
a-b ~售出一份赚的钱 b-c ~退回一份赔的钱
P1 P2
0
n
r
(a b) n (b c) n
MATLAB 统计工具箱常用命令(二)
b=regress(y,X) [b,bint,r,rint,s]=regress(y,X,alpha)
输入: y~因变量(列向量), X~1与自变量组成的矩阵，
Alpha~显著性水平（缺省时设定为0.05） 输出:b=（ ˆ0, ˆ1, ），bint: b的置信区间，
体重指数 = 体重（kg）/身高（m）的平方 吸烟习惯: 0表示不吸烟，1表示吸烟 建立血压与年龄、体重指数、吸烟习惯之间的回归模型
模型建立
血压y，年龄x1，体重指数x2，吸烟习惯x3
y与x1的散点图
y与x2的散点图
线性回归模型
y 0 1x1 2 x2 3x3
回归系数0, 1, 2, 3 由数据估计, 是随机误差
用MATLAB 统计工具箱求解报童模型
• 根据数据确定需求量的概率分布 p(x)
• 由 n p(x)dx a b (2) 计算 n
ac
baotongdata.m
baotong1.m
回归 模型 例1: 血压与年龄、体重指数、吸烟习惯
序 血 年 体重 吸烟 序 血 年 体重 吸烟 号 压 龄 指数 习惯 号 压 龄 指数 习惯 1 144 39 24.2 0 21 136 36 25.0 0 2 215 47 31.1 1 22 142 50 26.2 1 3 138 45 22.6 0 23 120 39 23.5 0 10 154 56 19.3 0 30 175 69 27.4 1
回归系数估计值 回归系数置信区间
cdf
逆概率 分布
inv
均值与 方差
stat
随机数 生成
rnd
y=normpdf(1.5,1,2) 正态分布x=1.5的概率密度 (=1, =2)
y=fcdf(1,10, 50) F分布x= 1的分布函数 (自由度n1=10, n2=50)
y =tinv(0.9,10) 概率=0.9的逆t分布 (分位数, 自由度n=10)
n
(b c)0 p(r)dr (a b)n p(r)dr
dG p(r)dr p(r)dr
a b bc
模型建立
n
0
p(r)dr p(r)dr
ab bc
(1)
n
n
n
p(x)dx p(x)dx
0
n p(x)dx a b (2)
ac
n
p(x)dx 1 p(x)dx
n
MATLAB 统计工具箱 在数学建模中的应用
确定性模型和随机性模型
随机因素可以忽略
随机因素影响可以简单 地以平均值的作用出现
确定性模型
随机因素影响必须考虑
随机性模型
概率模型
回归模型
马氏链模型
概率模型 例: 报童的利润
报童早上购进报纸零售，晚上将未卖掉的报纸退回。
零售价a (=1元)
购进价b (=0.8元)
MATLAB 统计工具箱常用命令(一)
命令
名称
[n,y]=hist(x,k) 频数表
hist(x,k) m=mean(x)
直方图 均值
s=std(x）
标准差
输入
输出
x: 原始数据行向 n: 频数行向量
量
y: 区间中点行向
k：等分区间数 量
同上
直方图
x: 原始数据行向 均值m 量
同上
标准差s
m
1 n
若需求量r n 售出r 赚(a b)r； 退回n r 赔(b c)(n r)
利润：(a b)r (b c)(n r)
若需求量r n 售出n 赚(a b)n；不退回
n
G(n) [(a b)r (b c)(n r)] f (r) (a b)nf (r)
r0
存在一个合 适的购进量
每天需求量是随机的
每天收入是随机的
目标函数应是长期的日平均利润 = 每天收入的期望值
需求量的随机规律由162天报纸需求量的调查得到
每天需求量为 r 的概率 f(r), r=0,1,2…
模型建立
• 已知售出一份赚 a-b；退回一份赔 b-c
• 设每天购进 n 份，日平均收入为 G(n)
退回价c (=0.75元)
售出一份赚 a-b
退回一份赔 b-c
162天报纸需求量的调查
199 136 214 195 219 224 197 213 187 187
230 172 227 157 114 156
为了获得最大的利润，报童每天应购进多少份报纸？
问题分析
随机性优化模型
购进太多卖不完退回赔钱 购进太少不够销售赚钱少 应根据需求确定购进量
r n1
求 n 使 G(n) 最大
模型建立 r视为连续变量 f (r) p(r) (概率密度）
G(n)
n
0
[(
a
b)r
(b
c)(n
r
)]
p(r
)dr
n
(a
b)np(r
)dr
dG (a b)np(n)
n
(b c) p(r)dr
dn
0
(a b)np(n) n (a b) p(r)dr
1
0.3604
[-0.0758 0.7965 ]
2
3.0906
[1.0530 5.1281]
3
11.8246
[-0.1482 23.7973]
R2= 0.6855 F= 18.8906 p<0.0001 s2 =169.7917
剔除异常点 (第2点和第 10点)后
回归系数
0 1 2 3
R2= 0.8462
r:残差(列向量)，rint: r的置信区间
s: 3个统计量：决定系数R2，F值, F(1,n-2)分布大于
F值的概率p，p<时回归模型有效
rcoplot(r,rint) 残差及其置信区间作图
模型 求解
xueya01.m
回归系数 回归系数估计值 回归系数置信区间
0
45.3636
[3.5537 87.1736]