MATLAB 中的分类数组

2025年7月25日 | 阅读 8 分钟

引言

MATLAB 中用于封装数据的核心结构称为分类数组，它们旨在表示已分类或同等重要的类别中的数据。与数字或字符数组不同，分类数组用于有效分析非数字数据。这些数组将数据存储为标签或类别的字符串，并包含用于操作此数据类型的内置函数。

例如，可以有效地以分类数组格式存储调查响应数据集，例如 {'Male,' 'Female,' 'Female,' 'Male'}。不仅方便表示此类数据，而且如果使用诸如排序、过滤或分析之类的数据操作，还可以缩短内存占用空间并提高计算速度。

分类数组的关键特性

在大数据集中处理重复类别具有特别的优势。
将数据分组和过滤等困难降到最低。
一个重要的优势是可以预定义多个类别，这提供了_一致性_，并且_不会因使用无效条目而_导致_错误_。

在数据分析中的重要性

数据分组和聚合：分类数组在对数据进行排序方面很有用，并且在排序后，我们可以对已排序的数据执行求和、平均值或计数等活动。
统计分析：在需要检查多种事件类型的情况下，通常使用泊松回归；当存在许多名义上的独立变量时，则需要逻辑回归。
机器学习的特征编码：在机器学习任务中，类标签或分类特征可以用分类数组表示。特别是在分类问题中，当需要对要使用的数据类别定义进行平滑处理时。
内存和性能优化：与字符数组相比，分类数组在处理重复类别时占用的内存更少，因此适合大数据。它们再次对其他活动（如排序和过滤的优势）的功能增强产生影响。

在 MATLAB 中创建分类数组

MATLAB 中的模糊关系在处理包含类别的数据时非常有用，因此，MATLAB 提供了一种名为 Array 的类型，它是一个分类数组，用于调查数据、带标签的数据或任何重复带标签的数据。

创建的基本语法

要创建分类数组，需要借助 MATLAB 内置函数 categorical()。

示例

 
categories = categorical({'male,' 'female,' 'female,' 'male'});
disp(categories);   

它用于将一组元素转换为类别。
categorical() 函数与字符向量（或字符串）的单元格数组一起用作其参数。
MATLAB 可以检测到本问题中的独特类别“男性”和“女性”，并将其与数据关联起来。

自定义类别

也就是说，在创建分类数组时，可以提供有限的类别。这允许您事后添加可能未出现在您最初调查的数据集中的类别，但对您的调查仍然有用。

示例

 
categories = categorical({'apple,' 'orange,' 'apple'}, {'apple', 'orange', 'banana'});
disp(categories);   

此外，值为 'apple'、'orange' 和 'banana' 的第二个参数直接指示了可接受类型的列表。
虽然数据中只捕获了苹果和橙子两种类型，但香蕉也被认为是有效的选择。
这种方法在需要考虑在后续数据中出现新类别的情况下很有益。

将数据转换为分类

如果您的数据是数字或单元格数组数据，则可以使用 categorical() 函数来实现。

示例（数字数据）

 
data = categorical([1, 2, 2, 3]);
disp(data);   

对数字数据 [1, 2, 2, 3] 进行操作，然后将其转换为分类数组。
在这种情况下，类别数量由 MATLAB 软件决定，类别可以是 1、2 和 3。
可以使用分类数组对数据集进行比较或基于组的分析。
输入是字符串、字符向量或字符串数组或字符数组的单元格数组。
MATLAB 将数据有效地分类到不同的分类集中，并为每个数据分配正确的类别。

示例（单元格数组）

 
data = {'high', 'medium', 'low', 'medium', 'high'};
categories = categorical(data);
disp(categories);   

创建分类数组的关键说明

自动类别检测：在没有定义类别的情况下，MATLAB 也可以自行从数据集中识别类别。
用户定义的类别：当您的数据集发生变化或您希望一组标签保持不变时，可以使用自定义类别。
内存效率：由于使用了引用，分类数组在处理大量数据时（尤其是在标签重复时）内存效率很高。
类型一致性：类别数组还可以保持数据类型的一致性，尤其是在集成或处理两个或多个数据集时。

在 MATLAB 中使用分类数组

访问数据

访问元素的语法：要访问特定元素，请使用括号。

示例

 
categoriesArray = categorical({'apple', 'banana', 'orange', 'banana'});
element = categoriesArray(2); % Accessing the second element
disp(element);
% Output: banana   

遍历数据：可以使用循环来处理分类数组。

示例

 
for i = 1:length(categoriesArray)
    disp(categoriesArray(i));
end   

更改类别

重新排序类别：切换 DVD 以按不同顺序读取类别，或切换处理器以按不同顺序处理类别。

示例

 
categoriesArray = categorical({'apple', 'banana', 'orange', 'banana'}, ...
                              {'apple', 'banana', 'orange'});
categoriesArray = reordercats(categoriesArray, {'banana', 'apple', 'orange'});
disp(categories(categoriesArray));
% Output: {'banana', 'apple', 'orange'}   

添加新类别：将更多类别添加到已有的分类数组中。

示例

 
categoriesArray = categorical({'apple', 'banana'});
categoriesArray = addcats(categoriesArray, 'orange');
disp(categories(categoriesArray));
% Output: {'apple', 'banana', 'orange'}   

重命名类别：更改现有类别的名称。

示例

 
categoriesArray = categorical({'apple', 'banana'}, {'apple', 'banana'});
categoriesArray = renamecats(categoriesArray, {'apple', 'banana'}, {'fruit1', 'fruit2'});
disp(categories(categoriesArray));
% Output: {'fruit1', 'fruit2'}   

组合分类数组

垂直连接：将两个或多个相似、已加标签的分类集合附加在一起。

示例

 
categories1 = categorical({'apple', 'banana'}, {'apple', 'banana', 'orange'});
categories2 = categorical({'orange', 'apple'}, {'apple', 'banana', 'orange'});
combinedCategories = [categories1; categories2];
disp(combinedCategories);
% Output: {'apple'; 'banana'; 'orange'; 'apple'}   

水平连接：将数组并排合并。请确保加载的类别对应于一组刺激。

示例

 
categories1 = categorical({'apple', 'banana'}, {'apple', 'banana', 'orange'});
categories2 = categorical({'orange', 'apple'}, {'apple', 'banana', 'orange'});
combinedCategories = [categories1, categories2];
disp(combinedCategories);
% Output: {'apple', 'orange'; 'banana', 'apple'}   

确保一致性：如果不同，则必须以一种方式对一个或多个数组进行分类，以便所有要合并的数组都具有相同的类别。

示例

 
categories1 = categorical({'apple', 'banana'}, {'apple', 'banana'});
categories2 = categorical({'orange', 'apple'}, {'apple', 'banana', 'orange'});
categories1 = addcats(categories1, {'orange'});
combinedCategories = [categories1; categories2];
disp(combinedCategories);
% Output: {'apple'; 'banana'; 'orange'; 'apple'}   

在 MATLAB 中操作分类数据

1. 重命名类别

如果您想更改任何分类数组中类别的标签，重命名会很有帮助。当您需要比 Excel 中的数字名称更具描述性或更标准的名称时，这一点尤其有用。

语法

使用 renamecats 函数重命名现有类别。

示例

假设您有一个具有类别 {'male,' 'female'} 的分类数组，并且您想将其重命名为 {'M', 'F'} 以求简洁。

 
% Create a categorical array
categories = categorical({'male', 'female', 'male', 'female'});

% Rename the categories
categories = renamecats(categories, {'male', 'female'}, {'M', 'F'});

% Display the updated array
disp(categories);   

输出

 
M  F  M  F

2. 对分类数据进行排序

排序涉及根据类别顺序对分类数据进行排序。换句话说，默认情况下，MATLAB 根据类别在 .cls 文件中创建的顺序进行分类。

语法

使用 sort 函数按升序排列数据。

示例

考虑一个包含无序数据的分类数组。

 
% Create a categorical array
categories = categorical({'banana', 'apple', 'orange', 'banana'});

% Specify the order of categories
categories = reordercats(categories, {'apple', 'banana', 'orange'});

% Sort the data
sortedCategories = sort(categories);

% Display the sorted array
disp(sortedCategories);   

输出

 
apple  banana  banana  orange

3. 查找唯一类别

探索新类别有助于区分分类数组中的特殊性。

语法

使用 unique 函数从分类数组中提取唯一类别。

示例

假设您想查找数据集中的唯一类别。

 
% Create a categorical array
categories = categorical({'apple', 'orange', 'apple', 'banana', 'orange'});

% Find unique categories
uniqueCategories = unique(categories);

% Display the unique categories
disp(uniqueCategories);   

输出

 
apple  banana  orange

在 MATLAB 中对分类数组进行操作

1. 比较分类数组

分类数组用于比较组内和组间的特定类别，以评估相等性或某些连接。

相等性比较：子部分包括关系运算符（==, ~=, <, >, 等），它们比较分类数组内部或之间的元素。

示例

 
categories1 = categorical({'apple', 'banana', 'apple', 'orange'});
categories2 = categorical({'apple', 'orange', 'apple', 'banana'});
isEqual = categories1 == categories2; % Compares corresponding elements
Output:
isEqual = [1 0 1 0] (1 represents equality, 0 represents inequality).   

特定类别之间的比较：决定类别顺序是否意味着一种类型“小于”另一种类型，所有这些都与其他类型的类别相关。

示例

 
categories = categorical({'low', 'medium', 'high'}, {'low', 'medium', 'high'}, 'Ordinal', true);
comparison = categories(1) < categories(2); % True since 'low' < 'medium'   

2. 计算类别出现次数

了解分类数据的分布，计算每个类别的出现次数非常重要。

使用 countcats 函数进行计数：在 MATLAB 中，可以使用 countcats 函数来查找分类数组中每个类别出现的次数。

示例

 
categories = categorical({'apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple'});
count = countcats(categories); % Counts occurrences of each category   

输出

 
Categories: 'apple', 'banana', 'orange'
Count:      [3,        2,        1]

使用 summary 获取详细信息：要查看类别中的博客数量，summary 函数很有用，因为它会显示每个类别中的条目计数。

示例

3. 子集操作

通过制作分类数组的子集，可以根据需要的条件进行进一步分析。

基于相等的过滤：提取具有特定类别的所有元素。

示例

 
categories = categorical({'apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple'});
subsetCategories = categories(categories == 'apple'); % Extracts only 'apple'
Output:
subsetCategories = {'apple', 'apple', 'apple'}   

使用逻辑条件：要过滤元素列表，可以将逻辑条件连接起来以基于不同参数进行过滤。

示例

 
categories = categorical({'low', 'medium', 'high', 'low', 'high'});
subsetCategories = categories(categories ~= 'low'); % Excludes 'low'
Output:
subsetCategories = {'medium', 'high', 'high'}   

提取特定类别的索引：确定类别在数组中出现的索引号。

示例

下一个主题MATLAB 中的 Ceil 函数

MATLAB 中的分类数组

引言

在数据分析中的重要性

在 MATLAB 中创建分类数组

创建的基本语法

自定义类别

将数据转换为分类

在 MATLAB 中使用分类数组

访问数据

更改类别

组合分类数组

在 MATLAB 中操作分类数据

1. 重命名类别

2. 对分类数据进行排序

3. 查找唯一类别

在 MATLAB 中对分类数组进行操作

1. 比较分类数组

2. 计算类别出现次数

3. 子集操作

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更改类别

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1. 重命名类别

2. 对分类数据进行排序

3. 查找唯一类别

在 MATLAB 中对分类数组进行操作

1. 比较分类数组

2. 计算类别出现次数

3. 子集操作

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