如何在MATLAB中计算移动和?


在本文中,我们将探讨如何使用MATLAB编程计算移动和。但在此之前,让我们先了解一下移动和的概念。

什么是移动和?

移动和是一种数学运算,它允许计算指定区间(称为窗口大小滚动窗口)内的一组数字的和。它也称为累积和滚动和。移动和广泛应用于数据分析和信号处理领域。

移动和通常对顺序数据进行运算,其中数据元素的顺序很重要,例如时间序列数据。移动和使我们能够了解数据中的模式和趋势。

在数学中,我们可以使用以下公式来计算每个时间步长的移动和:

移动和(t) = 数据(t) + 数据(t−1) + 数据(t−2) + .... + 数据(t−(n+1))

这里,数据(t) 是时间 t 的数据,n 是窗口大小。

在这个公式中,可以看到当滚动窗口遍历数据时,每一步都会得到一个新值。

移动和广泛应用于各种应用中,例如信号处理、经济学、金融等。

现在让我们讨论如何使用MATLAB计算移动和。

使用MATLAB计算移动和

MATLAB提供了一个名为“movsum”的内置函数,用于计算数组数据元素在特定区间内的移动和。根据数据分析的要求,“movsum”函数可以有不同的语法,如下所示:

  • S = movsum(A, x);

  • S = movsum(A, [xl xr]);

  • S = movsum(A, x, dim);

  • S = movsum(A, x, nanflag);

现在,让我们借助MATLAB程序讨论“movsum”函数的每种语法。

S = movsum(X, k)

此“movsum”函数语法用于使用大小为“a”的滚动窗口计算数组“X”元素的移动和。在这种情况下,存储在“S”变量中的输出与数组“A”的大小相同。

在输出数组“S”中,每个元素将是数组“A”的当前元素和之前的“(x−1)”个元素的和。

以下MATLAB程序演示了此语法的实现。(此处应插入代码示例和输出)

示例

% MATLAB code for calculating moving sum with a specified window size
% Define an input vector and window size
A = [2, 4, 6, 8, 10, 12];
x = 4;
% Calculate the moving sum
S = movsum(A, x);
% Display the input vector and moving sum
disp('The input vector is:');
disp(A);
disp('The moving sum is:');
disp(S);

输出

The input vector is:
    2    4    6    8   10   12
The moving sum is:
    6   12   20   28   36   30

代码解释

在这个MATLAB程序中,首先,我们定义一个输入向量“A”和一个窗口大小“x”。然后,我们使用具有指定窗口大小“x”的“movsum”函数对向量“A”执行移动和。最后,我们使用“disp”函数显示输入向量和移动和向量。

S = movsum(A, [xl xr])

此“movsum”函数语法用于计算具有不同窗口大小的向量的移动和。在这种情况下,“xl”元素用于计算左侧元素的移动和,“xr”元素用于计算右侧元素的移动和。此语法还提供与数组“A”大小相同的输出数组“S”。

以下MATLAB程序演示了此“movsum”函数语法的实现。(此处应插入代码示例和输出)

示例

% MATLAB code for calculating moving sum with different window sizes
% Define an input vector and different window sizes for left and right sides
A = [2, 4, 6, 8, 10, 12];
xl = 3;		% Left side elements
xr = 2;		% Right side elements
% Calculate the moving sum
S = movsum(A, [xl xr]);
% Display the input vector and moving sum
disp('The input vector is:');
disp(A);
disp('The moving sum is:');
disp(S);

输出

The input vector is:
    2    4    6    8   10   12
The moving sum is:
   12   20   30   42   40   36

代码解释

在这个MATLAB程序中,我们首先定义一个输入向量“A”以及左侧和右侧元素的两个窗口大小“xl”和“xr”。然后,我们使用具有指定窗口大小“xl”和“xr”的“movsum”函数对向量“A”执行移动和。最后,我们使用“disp”函数显示输入向量和移动和向量。

S = movsum(A, x, dim)

此“movsum”函数语法用于沿指定的维度(用“dim”表示)计算数组“A”的和。我们还需要指定窗口大小“x”。

这里,“dim”参数的值决定了计算移动和的维度。如果“dim = 1”,则沿数组的列计算移动和;如果“dim = 2”,则沿数组的行计算移动和。

以下MATLAB程序演示了如何使用此语法计算移动和。(此处应插入代码示例和输出)

示例

% MATLAB code for calculating moving sum along specified dimension
% Define an input array
A = [2, 4, 6; 8, 10, 12; 5, 9, 7];
% Calculate the moving sum along the columns
S1 = movsum(A, 3, 1);
% Calculate the moving sum along the rows
S2 = movsum(A, 3, 2);
% Display the input vector and moving sums
disp('The input vector is:');
disp(A);
disp('The moving sum along columns is:');
disp(S1);
disp('The moving sum along rows is:');
disp(S2);

输出

The input array is:
    2    4    6
    8   10   12
    5    9    7
The moving sum along columns is:
   10   14   18
   15   23   25
   13   19   19
The moving sum along rows is:
    6   12   10
   18   30   22
   14   21   16

代码解释

在这个MATLAB程序中,我们首先定义一个输入数组“A”。然后,我们使用“movsum”函数分别沿列(dim = 1)和行(dim = 2)对数组“A”执行移动和,并将结果分别存储在变量“S1”和“S2”中。最后,我们使用“disp”函数显示输入数组和移动和数组。

S = movsum(A, x, nanflag)

此“movsum”函数语法允许我们对包含NaN值的向量或数组执行移动和。

我们可以将“includenan”或“omitnan”指定为nanflag参数。“includenan”通过包含NaN值并将其作为NaN反映在结果中来执行移动和。另一方面,“omitnan”选项允许忽略NaN值,并根据非NaN值执行移动和。

注意 - 数字 + NaN = NaN

以下MATLAB程序演示了此“movsum”函数语法的实现。(此处应插入代码示例和输出)

示例

% MATLAB code for calculating moving sum by handling NaN elements
% Define an input vector with NaN elements
A = [2, 4, NaN, 8, NaN, 12];
% Calculate the moving sum with include NaN elements
S1 = movsum(A, 3, 'includenan');
% Calculate the moving sum with omitting NaN elements
S2 = movsum(A, 3, 'omitnan');
% Display the input vector and moving sums
disp('The input vector is:');
disp(A);
disp('The moving sum with including NaN values is:');
disp(S1);
disp('The moving sum with omitting NaN values is:');
disp(S2);

输出

The input vector is:
     2     4   NaN     8   NaN    12

The moving sum with including NaN values is:
     6   NaN   NaN   NaN   NaN   NaN

The moving sum with omitting NaN values is:
     6     6    12     8    20    12

代码解释

在这个MATLAB程序中,我们首先定义一个输入向量“A”。然后,我们使用“movsum”函数分别包含NaN元素(即nanflag = 'includenan')和省略NaN元素(即nanflag = 'omitnan')对数组“A”执行移动和,并将结果分别存储在变量“S1”和“S2”中。最后,我们使用“disp”函数显示输入向量和移动和向量。(此处应插入代码示例和输出)

结论

总之,移动和是一种允许计算数组或向量的累积和的数学运算,通常用于数据分析和信号处理应用中。MATLAB提供了一个名为“movsum”的内置函数,可用于执行移动和。它可以根据用例具有不同的语法。我们在本文的上述部分中解释了“movsum”函数的所有这些语法,并提供了一些示例MATLAB程序来解释它们的实现。

更新于:2023年8月7日

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