埃博拉酱的MATLAB数据操纵工具包,提供一系列MATLAB内置函数所欠缺,但却常用的增强功能
本项目的发布版本号遵循语义化版本规范。开发者认为这是一个优秀的规范,并向每一位开发者推荐遵守此规范。
目录
本包中所有函数均在EbolaChan.DataManipulation命名空间下,使用前需import。使用命名空间是一个好习惯,可以有效防止命名冲突,避免编码时不必要的代码提示干扰。
import EbolaChan.DataManipulation.*;
- ArrayBuilder<handle(MATLAB类):数组累加器
- CorrelationMatrixSort:对相关性矩阵进行排序,使得相关性高的个体尽可能彼此接近
- DivideEquallyOnDimensionsIntoCells:将一个数组沿指定多个维度尽可能均等地拆分到多个元胞中
- DelimitedStrings2Table:将一列分隔符字符串的前几个字段读出为表格或时间表
- EstimateMemoryCapacity:评估当前空闲内存能存放多少份样本数组
- IntegralSplit:将一个大整数拆分成尽可能相等的多个小整数之和
- MainFrequency:计算信号的主频
- MaxSubs:返回数组的最大值以及所在的坐标。
- MeanSem:一次性高效算出数据沿维度的平均值和标准误。
- MinSubs:返回数组的最小值以及所在的坐标。
- StructAggregateByFields:对结构体的每个字段执行累积运算,累积结果放在一个字段相同的结构体标量中返回。
- SuperCell2Mat:cell2mat的升级版
ArrayBuilder<handle(MATLAB类)
数组累加器
将数据向内存中积累时,经常遇到需要不断累加数组的问题,MATLAB会提示预分配内存。但如果读取之前无法得知将会有多少项,预分配就会变成一个十分麻烦的动态任务。本类建立一个增长维度,在此维度上可以不断累加一个内置的数组。用户只需不断Append即可,无需考虑内存分配的问题,本类会自动进行优化的内存管理。
%构造一个沿第1维度累加的数组
Ab=ArrayBuilder(1);
%重复累加
for a=1:3
Ab.Append(randi([0 9],randi([0 3]),3));
end
Ab.Harvest
%继续累加
for a=1:3
Ab.Append(randi([0 9],randi([0 3]),3));
end
Ab.Harvest
%{
ans =
8 3 4
8 2 9
0 8 1
1 1 8
5 8 3
1 6 5
ans =
8 3 4
8 2 9
0 8 1
1 1 8
5 8 3
1 6 5
0 2 1
//数据随机生成,每次运行可能不同
%}
构造参数:BuildDimension(1,1)uint8=1,累加维度。数组的这个维度将不断累加增长,其它维度将由第一次Append决定,以后不再改变。
只读属性
BuildDimension(1,1)uint8,累加维度
成员方法
Append
向数组累加新内容
输入参数:New,要累加的内容。第一次可以累加任意内容,以后累加内容可以和第一次在累加维度上尺寸不一致,其它维度必须尺寸一致。
Harvest
收获累加完毕的MATLAB数组。收获后可以释放本对象,也可以继续累加。
返回值:Array,累加完毕的MATLAB数组。
Clear
清空储藏,从零开始重新累加,而不必新建对象重新分配内存,具有较高的性能。
CorrelationMatrixSort
对相关性矩阵进行排序,使得相关性高的个体尽可能彼此接近
相关性矩阵是一个正方形矩阵,可由corrcoef函数得到,表征多维数据个体之间的线性相关性。相关性矩阵的主对角线上所有值均为1,表示每个个体与自身绝对相关。其它值代表编号为该值所在行和所在列的两个个体之间的相关性。相关性矩阵可以作热图,但如果相关性高的个体不能在图上相互靠近成一个群体,就难以通过肉眼从相关热图上分辨出群体。因此需要对相关矩阵进行排序,将相关性高的个体尽可能凑在一起。
load("CorrelationMatrix.mat");
tiledlayout("flow",TileSpacing="tight",Padding="tight");
nexttile;
imagesc(CorrelationMatrix);
title("未排序");
%未排序的相关热图,看起来眼花缭乱,很难分辨出高相关群体
nexttile;
[SortIndex,SortedCM]=CorrelationMatrixSort(CorrelationMatrix);
imagesc(SortedCM);
title("已排序");
%排序后,高相关的群体聚集在一起,并且可以显示排序序号
CB=colorbar;
CB.Layout.Tile="east";
SortIndex
输入参数
CM(:,:),未排序的相关矩阵,必须是正方形
返回值
SortedIndex(:,1)double,排序编号,以个体在原矩阵中的位置为索引的排序,即SortedCM=SortedCM(SortIndex,SortIndex)。
SortedCM(:,:),排序后的矩阵
DivideEquallyOnDimensionsIntoCells
将一个数组沿指定多个维度尽可能均等地拆分到多个元胞中
>> DivideEquallyOnDimensionsIntoCells(rand(3,3,3),2,2)
ans =
1×2 cell 数组
{3×1×3 double} {3×2×3 double}
输入参数
Array,要拆分的数组
Dimensions(1,:)uint8,要拆分哪些维度
NoDivisions(1,:)uint8,每个维度拆成几份,顺序与Dimensions一一对应
返回值
Array cell,拆分后的元胞数组。如果维度尺寸是拆分数的整倍数,将均等拆分;如果不整倍,则将尽可能均等,各分块尺寸最多相差1。
DelimitedStrings2Table
将一列分隔符字符串的前几个字段读出为表格或时间表
分隔符字符串列如下形式:
4003.20210204.BlueBase.All.10%400V_0002.Registered.Measurements.mat
4003.20210204.BlueBase.PV.10%400V_0002.Registered.Measurements.mat
4003.20210204.GreenRef.All.10%400V_0005.Registered.Measurements.mat
4003.20210204.GreenRef.PV.10%400V_0005.Registered.Measurements.mat
每行一个字符串,字符串用特定的符号分割成了一系列字段。如果前几个字段有固定的意义且在所有字符串中都存在,则可以将它们读出成表。如果某个字段是时间,还可以读出成时间表。
Strings=["4003.20210204.BlueBase.All.10%400V._0002.Registered.Measurements.mat"
"4003.Registered.Measurements.20210204.BlueBase.PV.10%400V._0002.mat"
"4003.20210204.Measurements.GreenRef.All.10%400V._0005.Registered.mat"
"Measurements.4003.Registered.20210204.GreenRef.PV.10%400V._0005.mat"];
%忽略"Registered"和"Measurements"两个无关关键词后,第2个字段始终是日期,其他字段分别具有各自的意义:
Table=DelimitedStrings2Table(Strings,["Mouse" "Experiment" "CellGroup" "Condition" "TrialNumber"],".",TimeField=2,IgnoreKeywords=["Registered" "Measurements"])
%{
Table =
4×5 timetable
Time Mouse Experiment CellGroup Condition TrialNumber
__________ ______ __________ _________ _________ ___________
2021-02-04 "4003" "BlueBase" "All" "10%400V" "_0002"
2021-02-04 "4003" "BlueBase" "PV" "10%400V" "_0002"
2021-02-04 "4003" "GreenRef" "All" "10%400V" "_0005"
2021-02-04 "4003" "GreenRef" "PV" "10%400V" "_0005"
%}
必需参数
Strings(:,1)string,分隔符字符串列
FieldNames(1,:)string,从头开始按顺序排列每个字段的名称。如果有时间字段或被忽略的关键字段,直接跳过,不要在FieldNames里指示,也不要留空,而是直接将后面的字段提前上来。
Delimiter(1,1)string,分隔符,将传递给split用于分隔。
名称-值参数
TimeField(1,1)uint8=0,时间字段在字符串中是第几个字段,被忽略的字段不计入该序号。如果设为0,则没有时间字段,返回普通表;否则返回时间表。
DatetimeFormat(1,:)char='yyyyMMddHHmmss',日期时间格式。不支持含有分隔符的日期时间格式,时间字段字符串必须全为日期时间数字,如"20210306", "202103061723"等。如果实际的字段长度不足,将会自动截短格式字符串以匹配之。将作为datetime函数的InputFormat参数。时间字段在所有字符串之间不需要长度相同。如果TimeField为0,将忽略该参数。
IgnoreKeywords(1,:)string,如果分隔出的字段正好是某些关键词,忽略它们,不会被读出为字段,也不计入位置编号。如果时间字段出现在被忽略的字段之后,每有一个忽略字段,TimeField都应当-1。
返回值
Table(:,:),如果TimeField为0,返回table,否则返回timetable。
EstimateMemoryCapacity
评估当前空闲内存能存放多少份样本数组
处理文件时,出于性能考虑,总是希望能尽可能将文件一口气全部读进内存,计算完毕后再一口气写出,因为磁盘总是顺序读写快于随机读写。但是文件较大时,有限的内存只能支持分块读入、写出,这时就需要考虑每个分块多大的问题。
大文件通常可以拆分成单次读取的最小数据单元,称为数据片。例如对于视频,一帧就是一个数据片。本函数可以取得当前系统空闲内存,计算当前内存可以承载多少个数据片,以便帮助决策分块尺寸。
输入参数:Sample,实数数组,一个数据片样例
输出参数:Capacity(1,1)double,当前内存可容纳多少个数据片
IntegralSplit
将一个大整数拆分成尽可能相等的多个小整数之和
>> IntegralSplit(10,3)
ans =
3×1 uint8 列向量
3
4
3
输入参数
Sum(1,1)uint8,要拆分的大整数
NoSplits(1,1)uint8,拆分的份数
返回值
Parts(:,1)uint8,拆分后的小整数,其和等于大整数。如果Sum正好是NoSplits的整倍数,这些小整数相等;否则最多相差1。
MainFrequency
计算信号的主频
主频是对信号做傅里叶变换以后,将各个频率加权几何平均后得到的平均频率。
x=0.01:0.01:100;
figure;
hold on;
%典型高主频信号
YHigh=sin(x*10)*10+sin(x/10)/10;
%典型低主频信号
YLow=sin(x*10)/10+sin(x/10)*10;
legend([plot(x,YHigh) plot(x,YLow)],[sprintf("主频%.2g㎐",MainFrequency(YHigh,SampleRate=100)) sprintf("主频%.2g㎐",MainFrequency(YLow,SampleRate=100))]);
xlabel("Time (s)");
必需参数
Signal,信号数组
名称-值参数
Dimension(1,1),计算维度,默认长度大于1的第1个维度
SampleRate(1,1)=1,采样率
返回值
Mf,计算维度上的主频。该数组尺寸在计算维度上为1,其它维度上与Signal相同。
MaxSubs
返回数组的最大值以及所在的坐标。
MATLAB自带的max函数只能返回多维数组最大值的线性索引。本函数一口气返回最大值以及多维坐标,方便易用
%对于有多个最大值的数组,返回线性索引最小的那个位置的坐标:
[Value,S1,S2]=MaxSubs([9 9 1;1 4 4;9 8 9])
%{
Value =
9
S1 =
1
S2 =
1
%}
输入参数
Data,要寻找最大值的多维数组
返回值
Value(1,1),最大值
[S1,S2, …, Sn],最大值所在的位置中,线性索引最小的那个位置的坐标。每个返回值依次代表各维度的坐标。
MeanSem
一次性高效算出数据沿维度的平均值和标准误。
具体算法: <math-renderer class="js-inline-math" style="display: inline" data-static-url="https://github.githubassets.com/static" data-run-id="f21d08f69971fa39f7ba79cd117c1212">$$S=\sum x$$</math-renderer> <math-renderer class="js-inline-math" style="display: inline" data-static-url="https://github.githubassets.com/static" data-run-id="f21d08f69971fa39f7ba79cd117c1212">$$Mean=\frac{S}{N}$$</math-renderer> <math-renderer class="js-inline-math" style="display: inline" data-static-url="https://github.githubassets.com/static" data-run-id="f21d08f69971fa39f7ba79cd117c1212">$$SEM=\frac{\sqrt{\sum{x^2}-S\cdot Mean}}{N}$$</math-renderer>
[Mean,SEM]=MeanSem([0 6 3;8 7 6;9 7 1],1)
%{
Mean =
5.6667 6.6667 3.3333
SEM =
2.3254 0.2722 1.1863
%}
[Mean,SEM]=MeanSem([0 6 3;8 7 6;9 7 1])
%{
Mean =
5.2222
SEM =
0.9910
%}
输入参数
Data,数据数组
Dimensions,可选,聚合维度。输出的Mean和SEM,其Dimensions维度上长度为1,其它维度上长度与Data相同。默认所有维度,此时Mean和SEM为全局平均数和标准误标量。
返回值
Mean double,沿维度的平均值
SEM double,沿维度的标准误
MinSubs
返回数组的最小值以及所在的坐标。
MATLAB自带的min函数只能返回多维数组最小值的线性索引。本函数一口气返回最小值以及多维坐标,方便易用
%对于有多个最小值的数组,返回线性索引最小的那个位置的坐标:
[Value,S1,S2]=MinSubs([9 9 1;1 4 4;9 8 9])
%{
Value =
1
S1 =
2
S2 =
1
%}
输入参数
Data,要寻找最小值的多维数组
返回值
Value(1,1),最小值
[S1,S2, …, Sn],最小值所在的位置中,线性索引最小的那个位置的坐标。每个返回值依次代表各维度的坐标。
StructAggregateByFields
对结构体的每个字段执行累积运算,累积结果放在一个字段相同的结构体标量中返回。
A(1).a=1;
A(1).b=2;
A(2).a=3;
A(2).b=4;
B=StructAggregateByFields(@cell2mat,A)
输入参数
AggregateFunction(1,1)function_handle,要执行的累积函数,必须接受一个和StructArray尺寸相同的元胞数组输入
StructArray struct,要累积的结构体数组
返回值
(1,1)struct,和StructArray字段相同的结构体标量,保存每个字段各自的累积运算结果。
SuperCell2Mat
cell2mat的升级版
本函数是cell2mat的升级版,使用前请先参阅cell2mat函数文档,了解其功能和局限性。
cell2mat是一个功能十分强大的MATLAB函数,可以将元胞数组内的数组提取出来,拼成一个大数组,而且这些数组的尺寸不必完全相同,例如可以支持以下拼接:
但它也存在局限性。首先,只支持数值、逻辑、结构体、字符的拼接,其它常见数据类型(字符串、元胞、类对象)都无法使用。其次。对于以下结构,虽然尺寸恰好合适,但也无法拼接:
这是因为cell2mat默认先拼第1维,自然会遇到尺寸不匹配的问题。但我们可以看到,只要先拼第2维,就可以得到1×3和2×3两个矩阵,然后第1维就可以拼接了。本函数不仅支持各种数据类型,还会自动尝试从不同的维度进行拼接,因此支持更多复杂的结构。
输入参数:Cells cell,要拼接的元胞数组,各元胞内含有数据类型一致的数组,且各维尺寸上恰好可以拼接成一个大数组,维度不限。
返回值:拼接好的大数组
Citation pour cette source
埃博拉酱 (2024). 埃博拉酱的 数据操纵 工具包 Data Manipulation Toolbox (https://github.com/Silver-Fang/EbolaChansDataManipulationToolbox/releases/tag/v4.1.0), GitHub. Récupéré le .
Compatibilité avec les versions de MATLAB
Plateformes compatibles
Windows macOS LinuxTags
Community Treasure Hunt
Find the treasures in MATLAB Central and discover how the community can help you!
Start Hunting!Découvrir Live Editor
Créez des scripts avec du code, des résultats et du texte formaté dans un même document exécutable.