土木工程科學(xué)數(shù)據(jù)分析方法授課內(nèi)容Page:22026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件

復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)研究往往需要收集和處理大量反映系統(tǒng)特征的數(shù)據(jù)信息，這類原始數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量巨大，各種指標變量眾多，并帶有隨機性。人們需要認識和分析復(fù)雜數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律性，對高維復(fù)雜數(shù)據(jù)進行綜合、變換、將其中的重要信息提取出來，方能清晰地展現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與其中元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，也有助于取得正確的研究成果。這項工作的完成往往離不開統(tǒng)計分析，而統(tǒng)計軟件的使用可以大大提高效率。統(tǒng)計分析軟件實際上是算法的整合，即常用數(shù)據(jù)分析方法內(nèi)置于軟件內(nèi)部。授課內(nèi)容Page:32026/1/4Page:42026/1/4特征參數(shù)授課內(nèi)容Page:52026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件

目前，常用于統(tǒng)計分析的軟件有SPSS、Origin、Stata、SAS、Excel、Matlab等。本門教程重點介紹SPSS、Origin、Excel、Matlab授課內(nèi)容Page:62026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件SPSS（StatisticalProductandServiceSolutions）,是全球公認的最優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件包之一，SPSS在社會科學(xué)、自然科學(xué)的各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)整理和分析中都能發(fā)揮巨大作用，并已經(jīng)應(yīng)用于經(jīng)濟學(xué)、生物學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)以及體育、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、商業(yè)和金融等各個領(lǐng)域。SPSS的基本功能包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、圖表分析、輸出管理等，具體內(nèi)容包括描述統(tǒng)計、列聯(lián)分析、總體的均值比較、相關(guān)分析、回歸模型分析、聚類分析、主成分分析、時間序列分析、非參數(shù)檢驗等多個大類，每個類中還有多個專項統(tǒng)計方法。SPSS設(shè)有專門的繪圖系統(tǒng)，可以根據(jù)使用者的需要將給出的數(shù)據(jù)繪制成各種圖形，能夠滿足用戶的不同需求。授課內(nèi)容Page:72026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件操作界面授課內(nèi)容Page:82026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件SPSS文件主要有SPSS數(shù)據(jù)文件和SPSS結(jié)果輸出文件數(shù)據(jù)文件結(jié)果輸出文件錄入、編輯、整理和分析數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)編輯的操作過程，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果授課內(nèi)容Page:92026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件

成功啟動SPSS后，屏幕上就會出現(xiàn)【數(shù)據(jù)編輯器】窗口，如下圖所示為【數(shù)據(jù)編輯器】窗口的各部分構(gòu)成。授課內(nèi)容Page:102026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件SPSS主要操作方式：窗口菜單方式和命令語句方式。授課內(nèi)容Page:112026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件（1）操作步驟1）依次單擊“文件”|“新建”|“數(shù)據(jù)”命令或“文件”|“打開”|“數(shù)據(jù)”命令，均可打開數(shù)據(jù)編輯器窗口，如下圖所示。2）在變量窗口進行變量的編輯。3）在數(shù)據(jù)視圖中編輯具體數(shù)據(jù)。4）保存數(shù)據(jù)并關(guān)閉數(shù)據(jù)，以待使用。授課內(nèi)容Page:122026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件（2）模塊解讀

一個完整的SPSS數(shù)據(jù)變量結(jié)構(gòu)模塊包括變量名、變量類型、變量名標簽、變量值標簽、缺失值的定義、計量尺度以及數(shù)據(jù)的顯示屬性。

變量名（Name）是變量參與分析的唯一標識，定義變量結(jié)構(gòu)時首先應(yīng)給出每個變量的變量名，否則系統(tǒng)默認為var00001、var0002、var0003等。授課內(nèi)容Page:132026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件SPSS的變量類型（Type）有三種：數(shù)值型、字符型和日期型。數(shù)值型變量按不同的要求分為標準型、逗號型、句號型、科學(xué)計數(shù)型、美元型和自定義貨幣型，系統(tǒng)默認的為標準數(shù)值型變量。日期型變量（Date）適用于表示日期和時間的數(shù)值類型，SPSS提供了29種日期型變量的格式供用戶選擇。字符型變量（String）其值由字符串組成。圖2.2-8和圖2.2-9所示分別為變量類型和自定義貨幣型定義的對話框。授課內(nèi)容Page:142026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件一般當(dāng)數(shù)據(jù)量較少時，我們可以直接輸入的方式建立數(shù)據(jù)庫；當(dāng)數(shù)據(jù)庫較大時，我們一般不直接在SPSS中錄入，而是采用其他方式建立數(shù)據(jù)庫（如Excel、Epidata），然后用SPSS直接導(dǎo)入的方法建成SPSS數(shù)據(jù)庫。如下圖所示為“數(shù)據(jù)視圖”下的某數(shù)據(jù)庫。授課內(nèi)容Page:152026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件練習(xí)題基于SPSS對上述數(shù)據(jù)做簡單分析，如求最大值、均值、最小值、分組等等。授課內(nèi)容Page:162026/1/41授課內(nèi)容第二章：工程數(shù)據(jù)處理常用軟件授課內(nèi)容Page:172026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件簡介及其操作界面MATLAB這一名字是由矩陣（Matrix）和實驗室（Laboratory）的頭3個字母組合而成，意為矩陣實驗室，是一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。它主要用于數(shù)據(jù)可視化、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算，提供了一種高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。MATLAB語言與其他計算機高級語言相比，有著以下明顯的優(yōu)勢：1）高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來；

2）具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化；3）友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；4）功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號處理工具箱、通信工具箱等），為用戶提供了大量方便實用的處理工具。授課內(nèi)容Page:182026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件簡介及其操作界面授課內(nèi)容Page:192026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件簡介及其操作界面

單擊每個子窗口右上角的

圖標的“取消?？俊?，可以將該子窗口從MATLAB工作界面中脫離出來，成為獨立的窗口，此時MATLAB工作界面的布局會發(fā)生相應(yīng)的變化。以MATILAB命令窗口為例，獨立的命令窗口如下圖所示。單擊上圖右上角的

?？繄D標，可將命令窗口重新嵌入MATLAB工作界面。授課內(nèi)容Page:202026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件簡介及其操作界面單擊MATLAB工作界面上的“Desktop”菜單，在彈出的下拉菜單中通過勾選（或取消勾選）各選項，也可改變MATIAB工作界面布局。如果工作界面布局已經(jīng)改變，通過菜單項“Desktop”→“DesktopLayout”→“Default”可恢復(fù)默認工作界面布局。授課內(nèi)容Page:212026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件簡介及其操作界面“File”→“New”→“BlankM-File”授課內(nèi)容Page:222026/1/41授課內(nèi)容M文件程序設(shè)計M文件有兩種形式，一種是腳本M文件（又稱為命令M文件），另一種是函數(shù)M文件。這兩種文件都是以字母m為擴展名，不同的是函數(shù)M文件的第一行必須是以字符串function開始的函數(shù)說明語句，而腳本M文件是可直接運行文件。

腳本M文件是一系列命令的集合，運行時，其中的變量保存于工作空間中。因此，它可以使用工作空間原有的變量。但反過來，不需要使用原有工作空間中的變量時，工作空間保留機制可能會造成不可預(yù)知的錯誤。因此，規(guī)范的腳本文件往往以clear、closeall等命令開頭，以清除變量，關(guān)閉其他的圖形窗口。

腳本文件名注意不要與預(yù)定義或用戶自定義的函數(shù)文件重名，以免發(fā)生錯誤。執(zhí)行腳本文件有以下幾種方法。授課內(nèi)容Page:232026/1/41授課內(nèi)容M文件程序設(shè)計最好實操，如果允許授課內(nèi)容Page:242026/1/41授課內(nèi)容M函數(shù)文件最好實操，如果允許授課內(nèi)容Page:252026/1/41授課內(nèi)容自學(xué)授課內(nèi)容Page:262026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件中通過Princomp、cluster、classify等簡單的幾個命令就可以實現(xiàn)方差分析、回歸分析、主成分分析、聚類分析、判別分析等。MATLAB軟件部分數(shù)據(jù)處理功能自學(xué)授課內(nèi)容Page:272026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件部分數(shù)據(jù)處理功能授課內(nèi)容Page:282026/1/41授課內(nèi)容MATLAB軟件部分數(shù)據(jù)處理功能授課內(nèi)容Page:292026/1/41授課內(nèi)容

本章簡單介紹了工程數(shù)據(jù)處理常用軟件SPSS統(tǒng)計分析軟件、MATLAB軟件、Origin軟件和EXCEL軟件，實際使用過程中應(yīng)通過這些統(tǒng)計分析軟件的一種或者幾種軟件相結(jié)合可以實現(xiàn)后面章節(jié)所涉及的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理工作，如基礎(chǔ)和高級統(tǒng)計、誤差分析