25G/100G高速光模块器件封装技术发展趋势

MATLAB 虽然功能很强大，但上手却很容易，尤其是 R2013a 以后的版本， 使用起来更加容易。 现在使用 MATLAB 的一个理念就是像 Word 一样去使用 MATLAB。对于从来没有用过 MATLAB 的模友来说，也可以轻松入门。

1. MATLAB 的功能

如果想用 MATLAB 首先要了解 MATLAB 具有哪些功I 3 u G 9能，图 1 是 MATLAB 家族产品的结构，包含了众多工具箱，所以其应用领域非常广泛。在各行业和学术机构中，工程师和科学家使用 MATLAB 大大提高了他们的工作效率。了解 MATLAB 具有哪些功能，就知道在什么情况下可以使用 MATLc l g # O 3AB , 纵观这幅图就可以知道，无论从事哪个行业，只要涉及到Y ` 4 ` ) a V ~ p科学计算或工程设计，都可以使用 MATLAB。

图1N D . ; s i p MATLAB 家族产品结构图

2. 快速入门案例

MATLAB 虽然是一款程序开发工具，但依然是工具，( H ( G s 1 K 9 d所以它可以像其他工具（如 Word）一样易用。而传统的学习 MATLAB 方式一般是从学习 MAJ y [ 8 : W 1 zTLAB 入门知识开始，比如 MATLAB 矩阵操作、绘+ | e T - q图、数据类型、程序结构、数值计算等内容。学这些知识的目地是能够将 MATLAB 用起来，可是即便学完了，很多人还是不自信自己能独立、自如地使用 MATLAB。这K ; ,是因为在我们学习这些知识的时候，目标是虚无的，不是具体的目标，具* V D w t / l体的目标应该是要解决某一问题。

数模哥虽然已使用多年的 MATLAB，但记住的 MATLAB命令不超过 20 个，每次都靠几个常用的. 9 G |命令一步一步地实现各种项目。所以说想使用 MATLAB 并不需要那么L p p O多知x + ( _ V a识的积累，只要掌/ r F x Y c q握住 MATLAB 的几个小技巧就可以了。下面将通过一个小项目，带着大家一步一步用 MATLAB 解决一个实际问题，并假设我们都是 MATLAB 的门外汉（还不到菜鸟的水平）。

我们要H - x w ~ ! p w R解决的问题是：已知股票的交易数据：日期、开盘价、最高价、最低! 0 Q C ?价、收盘价、成交量和换手率，试用某种方法来评价这只股票的价值和风险。

这是个开放的问题，但比较好的方法肯定是用定量的方式来评价股票的价值和风险，所以这是个很典型的科学计算问题。通过前面对 MATJ t # - K j 0LAB 功能的介绍，我们可以确信 MATLAB 可以帮助我们Z o r X ` D } B y（选择合适的工具）。

现在抛开 MATLAB，我们来看对于一个科学计算问题，一个z B {典型的处理流程是怎样的。一个典型科学计算的流程如图 2 所示，即获取数据，数据探索和建A { @ Q 6 0 Z模，最后是将结果分享出去。

图2 MATLAB 典型科学计算流程

现在根据这个流程，看如何用 MALTAB 实现这个项目。

第一阶段：从外部读取数据

对于一个门外汉，我并不知道如何用命令来操作，但计算机操作经验$ i U l 2告诉我们当不知如何r M B .操作的时候，不妨尝试一下右键，故：

Sth g G = ^ 3 B Vep1.1：选中数据文件，右键，将弹出右键列表，很快可发现有个“导F ) { 4入数据”菜单，如图 3 所示。

图3 启动导入数据引擎示( 3 D意图

Step1.2：单击“导入数据”这个按钮，则很快发现起到一个导入数据引擎，如图 4 所示。

图2-4导入数据界面

图4 导入数据界面

Step1.3：观察N K T + l /图 4，只在右上角有个“导入所选内容”按钮，则可直接单击之。马上我们就会发现在 MATLAB 的工作区（当前内存中的变量）就会显示这些导入的数据，并以列向量的方式表示，因为默认的数据类型就是“列向量”，当然您可以可以选择其他的数据类型，大家不妨做几个实验，观察一下选择不同的4 f 9 i数据; 9 3 }类型后会结果会有什么不同。至此，第一步获取数据8 Q H 策用何种方法来评估，但是可以^ , 1 z k 7辅助我们得到合适的方法，这就是数据探索部分的工作。下面我们就来尝试如何在 MZ c U o N z %ATLAB 中进行数据的探索和建模。

Step2.1：查看数据的统计信息，了解我们的数据M M x / [ F。具体操作方式是双击# { % k 8 Z工具区（直接双击这C B C z E )三个字），此时会得到所有变量的详细统计l U D / A信息。通过查看这些基本的统计信息，有助于快速在第一层面认识我们所正在研究的数据。当然，只要大体浏览即可，除非Q x / g a 1 p ~这些统计信息对某个问题都有很重要的意义。数据的统计信息是认识数据的基础，但不够直观，更直观也更容易发现数据规律的方式就是数w + y _ r S据可视化，9 { W Z E也就是以图的形式呈现数据的信息。下面我们将尝试用 MATLAB 对这些数据进行可视化。

由于变量比较多，所以还有必要对这些变量进行初步的梳理。对于这G d P r个问题，我们一般关心* N U A q P N收盘价随时间的变化a Z x趋势，这样我们就可以初步选定日期（DateNum）和收盘价（Pclose）作为重点研究对象。也就是说下一步，要对9 9 W V这这两个变量进行可视化。

对于一个新手，我们还不知道如何绘图。但不要紧，新版 MATLAB 提供了更强大的绘图功能——“绘图”面板，这里提供了非常丰富的图形原型，如图 5 所示。

图5 MATLAB绘图面板中的图例

要注意，需要在工作区选中变量后绘图面板中的这| 些图标才会激活。接下来就可以选中一个中意m s a的图标进行绘图，一般都直接先选第一个（plot）看一Q i P m下效果，然后再浏览整个面板，看看有没有更合适的。下面我们进行绘图操作。

Step2.2：选中变量 DataNum 和 Pclose，在B ^ O +绘图面板中单机 plot 图标，马上可以t ! z k # Y得到这两个变量的可视化结果，| 5 Z M 6如图 6 所示，同时还可以在命令窗口区p R E Q显示绘制此图的命令：

>> plot(DateNum,Pclose)

图6 通过 plot 图标绘制的原图

这样我们就知道了，下次再绘制这样的图直接用 plot 命令就可以了。一般情况下，用这种方式绘图的图往往不能满足我们的要求，比如我们希望更改：

（1）曲线的颜色、线宽、形状；

（2）坐标轴的线宽、坐标，增加坐标轴描述} l ~ f；

（3）在同个坐标轴中绘制多条曲线。

此时我们就需要了解更多关u j t I于命令 plot 的用法，v y ` c K # @这时就可以通过 MATLAB 强大的帮助系统来帮助我们实现期望的结果。最直接获取帮助的两个命令是 doc 和 help，对于新手来说，推荐使用 doc，因为 doc 直接打开的是帮助系统中的某个命令的用法说明，不仅全，而且~ M z 4 | J V T一只好的股票v | ~ ; K 5 v U，我们希望股票的增幅越大越好，体现在数学上，就是曲线的斜p l F 0 r率越大越好。而对于风险，则可用最大回撤来描述更合适。不妨一个一个来，我们先来看如何计算曲线的斜率。对于这个问题，比较T ] + 7 e q简单，由于从数据的可视化结果来看，数据近似成线性，所以不妨用多项式拟合的方法来拟合该改组数据的方程，这样我们就可以得到斜率。

如何拟合呢？对于一个新手来说，我并不清楚用什么命令。此时又可以用帮助系统了。在 MATLAB 主面板（靠近右侧）点击“帮助”，就可以打开帮助系统，在搜索框中搜索多项式拟合的英文单词“polyfit”，马上就可以列出与该关键词相关的帮助信息，同时很快就会发现，正好有个命令就是 polyfitj s Y F，果断点击该命令，进入该命令的用法页面，了解该命令的用法，就可以直接用了。也可以直接找中S * ^ 5 U意的案例，然后直接将案例中的代码拷贝过去，修改数据和参数就可以了。

Step2.3：通过帮助搜索多项式拟合的命令，并计算股票的价值，具体代码为：

>> p = polyfit(D? _ )ateNum,Pclose,1); % 多项式拟合 
>> value = p(1) % 将斜率赋值给value，作为股票的价值 
value = 
 0.1212

Step2.4：用相似的方法，可以很快得到计X 7 % T P d z C T算最大回撤的代码：

>> MaxDD = maI * Q 2 Kxdrawdow l 1 3n(Pclose); % 计算最大回撤 
>9 | ! m d W l w ;> risk = MaxDD % 将最大回撤赋值给risk，作为股票的风险 
risk = 
 0.1155

到此处，我们已经找到了评估股票价值和风险的方法，并能用 MALTAB 来实现了。但是，我 k u f们都是在命令行中实现的，并不能很方便地修改代码。而 MATLAB 最经典$ | ^的一种用法就是脚本，因为脚本不仅能够完整地呈现整个问题的解m l y y v O决方法，同时更便于维护、完善、执行，优点很多。所以当我们的探索和开发工作比较成熟后，通常都会将这些有用的程序归纳整理起来，形成脚本。现在我们就来看如何快速开发解决该问题的脚本。

Step2.5：像 Step1.1 一样，重新选中数据文件，右键并单击“导入数据”菜单，待启动导入数据引擎后，选择“生成脚本”，然后就会得到导入数据的脚 E : y { 5 3 r T本，并保存该脚本。

Step2.6：从命令历史中选择一些有用的命令，并复# e T l b a R制到 Step2.5 得到的脚本H J ; , , g z中，这样就很容易得到了解决该问题的完整脚本了，如下所示：

%% MATLAB 入门e q o 8案例 
%% 导入数据
clc, clear, c. I C J W D M Dlose all 
% 导入数据 
 = xlsread(’sz000004.xls’,‘Sheet1’,‘A2:H99’); 
 
%y ` ~ f m 创建输出变量 
data = resha^ ) i u i u fpe(,size(raw)); 
% 将导入的数组分配给列变量名称 
Date = data(:,1)C { V o i; 
DateNumT Y Q = data(:,2); 
Popen = data(:,3); 
Phigh = data(:,4); 
Plow = data(:,5); 
Pclose = data(:,6); 
Volum = data(:,7); 
Turn = data(:,8); 
% 清除临时变量 
 clearvars data raw; 
 %% 数据探索 
figure % 创建O : ) u +一个新的图像窗口9 L Q L = H ^ 
plot(DateNum,Pcl_ X 5 W I . _ose,’k’) % 更改图的的颜色的黑色（打印后不失真） 
datetick(’x’,‘mK i 7m’);% 更白日期显示类型 
xlabel(’日期‘); % x轴说明 
ylabel(’收盘价‘); % y轴说明 
figure 
bar(Pclose) % 作为对照图形 
%% 股票价值的评估 
p = polyfit(DateNum,Pclose,1); % 多项式拟合, 
% 分号作用为不在命6 0 # S - l + 5 ~令窗口显示执行结果 
P1 = polyval(p,DateNum); % 得到多项式模型的结果 
figure 
plot(DateNum,P1,DateNum,Pclos; g X v z Fe,’*g’); % 模型与原始数据的对照 
vala c c $ V k L Z Eue = p(1) % 将斜率赋值给value，作为股票的价值。 
%% 股票风险的评估 
MaxDD = maxdrawdown(Pclose); %F H 3 V ^  y n 计算最大回撤 
risB e B C ` e ik = MaxDD % 将最大回撤赋值给risk，作为股票的风险

到此处Z r o r a 4，第二阶段的数据探索和建模工作就完成了。

第三阶段：发布

当项目的主要工作完成之后，就进入了项目的发布阶段，换句话说，就是将项目的成果展示出去。下面还将继续上面的案例将介绍如何通过 MATLAB 的 publw n $ 4 A Wish 功能，来快速发布报告。

Step3.1：在脚本编辑器的“发布”面板，从“发布` c r H b”按Z r V A = 8 i钮（最右侧）的下拉菜单中，选择“编辑发布选项”，这样就打开了发布的配置面板。

Step3.2：根据自己的要求，选择合适的 X 6 C ; ?“输出文件格式”，默认j n M K m X q t ,为 html，Z k . U v c r但比较常用的是 Word 格式，因为 Word 格式便于; ! s . - O d编辑，尤其是对于写报告或论文。然后单击“发布”按钮，就可以运行程序，同时会得到一份详细的运行报告，包括目录、实现过程、主要结果和图，当时也可以配置其/ 9 + * ` z A ]他选项来控制是否显示代码等内容。

至此，整个项目就算完成了。我们可以发现，这个过程中，我们并没有需要记住多少个 MATLAB 命令，只用少数几个命令，MATLAB 就帮我们完成了想做的事情。通过这个项目，我们可以有这样的基本认识，一是 MATM ? A ` N D LLAB 的使用真的@ s i ;很简单，就像一般的办公工具那样好用；二是在做项目的过程中，思路是核心，我们只是用 MATLAB 快速实现了我们想做的事情。

3. 入门后的提& n p H高

快速入门是为了让我们快速建立对 MATLAB 的使用信心，有了信心后，提高就是自然而然的事情了。为了帮助读者能够更自如的应用 MATLAB，下面将介绍几个入门后提高 MATLAB 使用水平的几个建议：

一U n 4 n # Q B S ?是要了解 MATo z o =LAB 最常用的操作技巧和最常用的知识点，基本上是每个项目中都会用到的最基本的技巧。入门之后， 再去看 MATL6 U 7 YAB 的基础知识（帮助系统里有个 Language Fundamentals ）， 视角就完全不6 M g % o一样了， 有种一n 7 W R 9 I & D览众山小的从容。

二是要了解r k q y h MATLAB 的开发模式_ G k D，这样无论项目多复杂，都能灵活面对。关于 MATLAB 开发0 ` a $ v 6 . = L模式， 可以参考《大数据挖掘：系统方法与实例分析》中的第三章， 或) ? 7 9 6 8 v者 MathWorks 官网上的关于 MATLAB 程序开开发技巧的视频,点击阅读原文观看P H a视频。

三是e r O ) ;在实践中学习，Y - e k不断积累经验和知识，拓展 MATLAB 的外延。

根据以上三点，大家就可以逐渐变成 MATLAB 高手了，至少可以很自信地使用 MATLAB 。