matlab数据的读入和预处理.pdf

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1、金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 1第三讲 数据的读入和预处理 在金融研究以及金融理论的实际应用上，大量的金融数据是不可或缺的。金融理论提供了丰富的模型，但理论模型的实证检验需要大量的金融数据。金融模型的实际应用也需要大量金融数据来估计或标定其中的参数。比如：资本资产定价模型（CAPM）中值的估计；期权定价中标的资产收益率的波动率估计等都需要实际数据。MATLAB提供了在主窗口直接输入和利用xlsread、textread、fopen 等函数直接读取数据两种方式。在主窗口直接输入数据对于少量数据是合适的，但金融领域的研究者和金融行业的金融理论应用人士经常面临大量

2、的金融数据，利用MATLAB提供的内部函数直接读取数据是非常必要的。由于大部分的金融数据来自各种机构提供的数据库，这些数据库数据的输出大多会支持EXCEL和文本文件的输出格式。因此本节介绍如何利用MATLAB提供的xlsread和textread函数来读取*.xls和*.txt数据文件。1EXCEL数据文件的读取 利用 MATLAB 提供的函数xlsread可以方便地读取数据文件中的数值型数据，对于 EXCEL文件中的字符型变量xlsread将不读取或以NaN（在MATLAB 中 NaN表示“不是一个数”）表示。其最简单的调用格式为在MATLAB命令窗口输入：x=xlsread(filenam

3、e)，其中 filename为在 MATLAB 自动搜索文件夹下的EXCEL文件名，文件filename中的数值型数据矩阵赋值给变量x。filename可以不带后缀.xls。上证综合指数EXCEL文件 下面以上证综合指数为例，给读者介绍如何使用xlsread读取数据。图显示了上证综合指数的EXCEL文件中的部分数据（仅显示了其中前20 行的数据），其中 EXCEL 文件中的第一列为日期，第二列为与第一列日期相应的上证综合指数。由于日期型数据在EXCEL中是可以与数值相互转化的，因而 xlsread是可以读取日期型数据的。如果该EXCEL文件位于MATLAB自动搜索文件夹下，比如：D:matla

4、bworkindex.xls。则在MATLAB命令窗口输入：x=xlsread(index)金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 2后得到变量x，x为 n 行 2 列的矩阵，第一列为日期，第二列为指数。其中n 与该文件中的数据长度一致，如数据包含1000 天的上证综合指数，则n 为 1000。这里注意两点：（1）读出的数据赋值给变量x，x的第一列为日期，但在MATLAB的输出格式中变成了数值型。比如图1.1 中的第一个日期在EXCEL表中显示为1990-12-19，如果读者在EXCEL 表中将其转换为数值型，则在 EXCEL表中显示为33226。因此，在 MATLA

5、B 读入该文件的时候该日期就变成了数值33226；（2）MATLAB提供了一个数值与表示日期的字符型变量相互转换的函数datenum（将日期转换为数值）和datestr（将数值转换为日期），但这种转换与EXCEL中数值和日期型变量的转换是有差异的。在 MATLAB 中以 0000 年 1 月 1 日作为起点，将这一天转换为数值1，相应的0000 年 1 月 2 日就转换为2，而在EXCEL中以 1900 年 1月 1 日为起点，将这一天转换为1。因此，前面的例子中的数据读入MATLAB，并赋值给变量x 后，如果要将日期还原到正确 的日期，则在MATLAB 命令窗口下输入：x(:,1)=x(:,

6、1)+datenum(30-Dec-1 899);即 可。当然 也可以直接调用MATLAB内部函数x2mdate，在MATLAB命令窗口下输入：x(:,1)=x2mdate(x(:,1)进行转换。综合以上例子，可以在MATLAB 命令窗口下输入以下命令得到图1.2。%后面的内 容表示对命令的解释 和说明。clear x=xlsread(index);%读取 EXCEL文件 x(:,1)=x(:,1)+datenum(30-Dec-1 899);%将日期还 原h=fi gure;%生 成空的图 形set(h,color,w);%将图的 背景颜色设 定为 白色plot(x(:,1),x(:,2);

7、%以 x 的第一列为 横轴 第二列为 纵轴 作图 datetick(x,23);%将横轴 转成日期格式mm/dd/yyyy xlabel(Date);%生 成横坐 标标 记title(Shanghai Composite);%生 成图 形名称01/01/199001/01/199501/01/200001/01/200505001000150020002500DateShanghai Composite 上证综合指数走势金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 3初次 使用 xlsread读取数据文件的读者可能会出 现打 不开文件的 情形。下面就读者可 能经常 碰到的一

8、些 问题做 出说明。有些读者在可 能 MATLAB 命令窗口下输入x=xlsread(index);后 MATLAB 提醒找 不到该文件。读者可以在MATLAB 中 File菜单中 选择 Set Pat h 进行路径设置，将 EXCEL文件 index.xls所在的文件夹 置于搜索 路径之 下，然后点 击 Save进行保存即 可。有些读者可能碰 到无法 读取数据的 情形，MATLAB提醒文件不包含有 效的 EXCEL 数据。这时，读者可以将EXCEL文件中 说明性 的字符，比如：对每一列变量 做出说明 的某些字符等 整行删除即 可。比如：在上 海大智慧投 资咨询公司 提供的大 智慧平台 下载数

9、据得到EXCEL 文件数据如图所示，则读取文件时就会出 现这 样的错误。这时可以将文件中的第一行和第二行直接整行删除 就可以了。通常在这 样处 理后在 EXCEL数据中 某些列中 仍夹杂着 一些 空格，这时 MATLAB读 入 时 将 其 以NaN 代 替。也 有 些 读 者 在MATLAB 命 令 窗 口 下 输 入x=xlsread(filename);后出 现这样的情形，即得到的变量x 的列数比EXCEL文件中数据的列数少，这可 能是 EXCEL数据文件中的第一列或前面的几列数据为字符型，MATLAB在读入数据时忽略 了这些列。大智慧 下载数据 使用 xlsread读取数据文件有两个明显

10、的缺点。一是xlsread不能读取字符型变量，因此要读取 某些包含字符型变量的文件就不能使用 xlsread。另外 EXCEL文件中的数据长度是有限定的，EXCEL2000 单个 工作表的最大行数为65536，每一行最大列数为256 列。但有时候要 处理的金融数据量会超出这个 范围，这时候不得不将数据分拆成几个 EXCEL文件后分 别用 xlsread读取。而MATLAB 提供的textread函数可以 很好 地解决 以上两个 问题。2文本数据文件的读取 对于*.txt、*.csv 等类型的数据文件，如果 知道 数据文件中 每一列数据的 类型，即字符型、数值型等。则可以使用MATLAB 提供的

11、 textread函数方便地 进行读取。对于textread函数的 详细 了解可以在MATLAB命令窗口下输入help textread或 doc textread来了 解。下面以位于MATLAB自动搜索文件夹下的上证综合指数数据文件，比如：金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 4D:matlabwork000001.txt，为例来进行解释 如何调用textread。图显示了该文件的部分数据，该数据文件包含7 列的数据，分别为时 间、开盘 价、最 高价、最低价、收 盘价、成 交量和成 交额，数据包含了了1990 年 12 月 19 日到 2006 年9 月 27 日

12、上证综合指数行情。在 MATLAB 命令窗口下输入以下命令：a,b,c,d,e,f,g=textread(000001.txt,%s%f%f%f%f%f%f,headerlines,1);其中上 述命令中的输出变量a,b,c,d,e,f,g 分别表示时 间、开盘 价、最 高价、最低价、收 盘价、成 交量和成 交额 列向量，a为表示时 间的字符型变量。textread函数的输入部分中，000001.txt表示文件名；%s 表示以字符型方式读入变量；%f表示以 浮点数值型方式读入变量；headerlines,1 表示文件的第一行为标题，不需要读入。注意：textread函数的输入部分中%s%f%f

13、%f%f%f%f 是与输出 a,b,c,d,e,f,g一一对应的；另外 这里文件名的后缀.txt不能省略，否则MATLAB会给出不 能找 到该文件的提醒。这个例子有点特殊，第一列的时间数据也可以以 浮点数值型方式读入。在MATLAB 命令窗口下输入以下命令：a,b,c,d,e,f,g=textread(000001.txt,%f%f%f%f%f%f%f,headerlines,1);但这时读出的日期变成了数值。比如：2006 年 9 月 27 日就变成了数值20060927。上证综合指数文本数据文件 下面 再给出一个读取 美国债券市场数据的例子。数据文件名为bonds.txt，部分数据内 容如

14、图 所示。其中crspid表示 债券 的 CRS P识别码、cusip 表示 债券的 CUSIP 代码、name 表示 债券 名称、matdt表示 债券 到期日、type 表示 类型、couprt 表示 票面利率。t ype 和 couprt 两列的数据分别为整数和 浮点数值型变量，其他列的数据 全部为字符型变量。金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 5美国债券市场文本数据文件 对于上面bonds.txt的读取可以在MATLAB 命令窗口下输入以下命令：a,b,c,d,e,f =textread(bonds.txt,%s%s%s%s%u%f,headerlines,

15、1);其中 textread输入部分中的%u 表示以 整数方式读入。3数据的 预处 理 在得到数据并成功读入数据后，从严谨 的角度来 看，还不 能直接 运用这些数据来 做实证分 析或参数估计。无论初始 的数据来 源何处，数据中 总是有可 能存 在这样或那样 的错误。比如：股票 数据中 存在一些异常值，价格序列中出 现了负值或异常大的数值；股票 数据中的 交易 日期 序列某些地方出 现了日期 颠倒；数据中的某些部分为NaN；部分数据缺失等。因此，还必须对数据 进行剔除错误 的预处理。对于大量数据而言，手工进 行错误判断 和除错 是不 现实的。然而 借助 MATLAB强大的计 算功能 可以有 效地

16、对数据 进行剔除错误 的预处 理，但这必 须事先 给出数据中是 否存 在错误 的判断 标准。这些 判断 标准的提出与对 所处 理的数据本 身的了解是密切 相关的，比如：数据 代表的实际对 象等，判断 标准也与数据 处理者的经验有 关。同时要注意 避免 在除错 的过程 中引入新的错误。下面以上证综合指数文本数据文件为例，给出常见的一些 除错处 理方 法。（1）数据读入 假定我们只 需要时 间、开盘 价、最 高价、最 低价、收 盘价数据，在MATLAB命令窗口下输入以下命令：a,b,c,d,e=textread(000001.txt,%s%f%f%f%f%*f%*f,headerlines,1);

17、其中 textread输入部分中的%*f表示 忽略 该列的数据读入。因此，a、b、c、d、e 为分 别表示时 间、开盘 价、最 高价、最 低价、收 盘价的列 向量。注意，这里我们字符型方式读入了日期变量a，但这里读入的格式与MATLAB认可的日期格式不同。因此，需要 编写 一段程序 将其转换为 正确 的 MATLAB 可以 处理的日期数据。为此，在MATLAB 命令窗口下输入以下命令：x=str vcat(a);%将 cell型数 组转换为 普通 矩阵 a=datenum(str2num(x(:,1:4),str2num(x(:,5:6),str2num(x(:,7:8);金融计算与编程(20

18、07 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 6这样日期变量a 就转换成了MATLAB 可以 处理的以数值表示的日期变量a。（2）检验日期变量 为检验日期变量是否存 在错误，我们 必须事先 给出一些 判断错误 的标 准。这里我们 列出以下标 准：日期数据是 否按照升序 或降序排 列（如果数据用于时间序列分 析，数据的日期顺序 就显得 很重 要）；日期有 无异常值（比如：超出了 某一范围）；日期中是 否存 在星期六和星期天（因为 我们知道星 期六和星期天上 海证券交易所 是不 交易 的）或其 他应该 休市 的节 假日（比如：国庆 节、元旦、春节等）；日期是 否遗漏 了某些应该 交易 的交易 日；

19、是 否存 在重复 的交易 日期等。下面仅给出日期数据是否按照升序或降序排 列和日期中是否存 在星 期六和星期天的检验，其他查错 的检验，读者可以自行检查。读者也可以自己给出一些判断错误 的标 准来对数据 进行审查。检验日期数据是否按照升序 或降序排 列，可以在MATLAB命令窗口下输入以下命令：lo gi c=issorted(a);%判断 日期数据是 否按照升序排列 if logi c=1 disp(the date is sorted in ascendin g order);else logi c=issorted(flipud(a);%将日期上下颠倒 后判断 日期数据是否按照升序排 列

20、 if logi c=1 disp(the date is sorted in descendin g order);else disp(the date is disordered);end end 上述命令将给出日期数据是否按照升序 或降序排 列的输出。如果输出 结果为the date is disordered，则可以在MATLAB 命令窗口下输入以下命令对时间、开盘价、最 高价、最 低价、收 盘价数据 按照 日期 升序 方式 进行重新排 列：a,index =sort(a);%将时 间按照升序 方式 进行重新排 列 b=b(index);%将开盘 价按时间升序 方式 进行重新排 列 c

21、=c(index);%将最 高价按时间升序 方式 进行重新排 列 d=d(index);%将最 低价按时间升序 方式 进行重新排 列 e=e(index);%将收 盘价按时间升序 方式 进行重新排 列 检查日期中是 否存 在星期六和星期天，可以在 MATLAB 命令窗口下输入以下命令：N=weekda y(a);%判断 日期是 星期几if isempty(find(N=7|N=1)disp(there are no saturdays or sundays);else S=find(N=7|N=1)sprintf(row%d is Saturda y or Sundayn,S)%列出日期是 星

22、期六或星期天在列 向量 a 中的位 置end 如果上 述命令 运行后显示数据中存在星期六或星期天，要将 星期六或星期天的 交易数据 剔除，在 MATLAB 命令窗口下输入以下命令：a(S)=;b(S)=;c(S)=;d(S)=;e(S)=;（3）检验其 他变量 类似 地，对 开盘 价、最 高价、最 低价、收 盘价数据的检 查也需要 设定判定错金融计算与编程(2007 年 1 月)上海财经大学金融学院曹志广 7误的标 准。比如可以 设定以下标 准：价格是 否存 在负数和其 他异常数据；开盘 价和收 盘价是 否介于 当天最 高价和最 低价之间 等。下面仅给出 开盘 价和收 盘价是 否介于 当天最

23、高价和最 低价之间 的检验。检验开盘 价是 否介于 当天最 高价和最 低价之间 可以在 MATLAB命令窗口下输入以下命令：open_hi gh=find(c-b=0)=1);%判断开盘 价是 否低 于最 高价;if isempty(open _hi gh)disp(open price is lower than t he hi ghest price)else sprintf(open pri ce of row%d is greater t han t he hi ghest pri cen,open_hi gh)end open_low=find(c-d=0)=1);%判断开盘 价是

24、否高 于最 低价 if isempty(open _low)disp(open price is hi gher t han t he lowest price)else sprintf(open pri ce of row%d is lower t han t he lowest pri cen,open_low)end 如果需要 剔除 异常的 开盘 价所对应日期的其他所 有数据，可以在MATLAB命令窗口下输入以下命令：a(open_hi gh;open_low )=;b(open_hi gh;open_low )=;c(open_hi gh;open_low )=;d(open_hi gh;open_low )=;e(open_hi gh;open_low )=;类似 地，将以上 程序稍 作修改 就可以用来检验收盘价是 否介于 当天最 高价和最 低价之间。