用MATLAB軟件對股票做線性預(yù)測的數(shù)學(xué)建模(畢業(yè)設(shè)計)

1、基于 MATLAB 股票市場的線性預(yù)測摘要本畢業(yè)設(shè)計借助 MATLAB 的技術(shù)工具軟件對股票價格的數(shù)據(jù)信號圖進行分 析，來構(gòu)造一個線性預(yù)測器。并用 MATLAB 生成一個豪華的界面，把線性預(yù)測 的結(jié)果直觀、明了的變現(xiàn)出來。本設(shè)計內(nèi)容在理解信號與系統(tǒng)基本原理的前提下，利用 MATLAB 設(shè)計了一 個線性預(yù)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一個離散時間有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器來解決屬于預(yù)測建模等問題。 這是一個基于 MATLAB 計算機仿真的股票線性預(yù)測模型， 它用股票的開盤、收盤、最高、最低四種價位為源信號進行預(yù)測，可以用選擇濾 波器的階數(shù)來調(diào)整它的精確度，能夠做到預(yù)測誤差最小 。本設(shè)計分為四個部分： 第一

2、部分介紹了股票預(yù)測的現(xiàn)實意義及發(fā)展現(xiàn)狀； 第 二部分主要闡明線性預(yù)測的方法；第三部分簡述 MATLAB 及圖形用戶界面的相 關(guān)知識；第四部分給出預(yù)測過程及結(jié)果。關(guān)鍵詞：線性預(yù)測系統(tǒng)、MATLAB、離散時間有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器MATLAB-based linear prediction of the stock market Abstract ： This graduation project carries on the analysis with the aid of the MATLAB technical tool software to the stock price data

3、 signal chart, comes a structure linear predictor. And produces a luxurious contact surface with MATLAB, the linear prediction result direct-viewing, the perspicuity changes appears.This design content in the understanding signal and under the system basic principle premise, has designed a linear pr

4、ediction system using MATLAB, this system uses a discrete time limited pulse to respond the (FIR) filter to solve belongs to questions and so on forecast modeling. This is one based on the MATLAB computer simulation stock linear prediction model, it uses the stock the opening price, closing, high, t

5、he lowest four kind of prices to carry on the forecast for the source signal, may use the selective filter the exponent number to adjust its precision, can achieve the forecast error to be smallest.This design divides into four parts: The first part introduced the stock forecast practical significan

6、ce and the development present situation; Second part of main exposition linear prediction method; The third part summarizes MATLAB and the graphical user interface related knowledge; The fourth part gives the forecast process and the result.Key words ： Linear predictive systems, MATLAB, discrete-ti

7、me finite impulse response (FIR) filter目錄第一章緒論一本設(shè)計研究的目的及意義 1二主要研究內(nèi)容及其發(fā)展現(xiàn)狀 2三論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 2第二章股票線性預(yù)測方法一. 關(guān)于線性預(yù)測及其FIR濾波器3二股票線性預(yù)測原理 3三.預(yù)測模型 5第三章.MATLAB及圖形用戶界面簡介一. MATLAB 簡介7二. GUI 圖形用戶界面簡介 9三. GUI 建立的兩大方法及其比較10第四章.MATLAB程序設(shè)計及預(yù)測結(jié)果一. 主要程序編輯 14二. 計算機仿真股票線性預(yù)測模型 15結(jié)論22致謝23參考文獻 24附錄25、尸 、-前言 隨著計算機技術(shù)和信息科學(xué)的飛速發(fā)

8、展， 信號處理已經(jīng)逐漸成為信息科學(xué)的 重要組成部分。 所謂的信號處理就是對信號或數(shù)據(jù)進行分析、 變換、綜合等加工 處理，以便更好地識別與應(yīng)用。 信號處理的應(yīng)用已經(jīng)深入到經(jīng)濟、 金融等各種領(lǐng) 域中，在涉及語音編碼、 地震和頻率建模應(yīng)用的時間序列分析中， 線性預(yù)測是最 為廣泛的一種方法。本畢業(yè)設(shè)計借助 MATLAB 的技術(shù)工具軟件對股票價格的數(shù) 據(jù)信號圖進行分析，來構(gòu)造一個線性預(yù)測器。并用 MATLAB 生成一個豪華的界 面，把線性預(yù)測的結(jié)果直觀、明了的變現(xiàn)出來。本設(shè)計內(nèi)容在理解信號與系統(tǒng)基本原理的前提下，利用 MATLAB 設(shè)計了一 個線性預(yù)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一個離散時間有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾

9、波器來解決屬于預(yù)測建模等問題。 預(yù)測股票市場反面的濾波器設(shè)計問題與大多數(shù)濾波器設(shè)計 問題的頻域特性相反，是完全用一種最小二乘預(yù)測問題的形式在時域給予表征 的，這個最小二乘預(yù)測問題是用 MATLAB 算子來求解的。這是一個基于 MATLAB 計算機仿真的股票線性預(yù)測模型，它用股票的開盤、收盤、最高、最低四種價位 為源信號進行預(yù)測， 可以用選擇濾波器的階數(shù)來調(diào)整它的精確度， 能夠做到預(yù)測 誤差最小 。第一章 緒 論 一選題目的及意義股票是股份有限公司在籌集資本時向出資人發(fā)行的股份憑證， 代表著其持有者（即股東）對股份公司的所有權(quán)。股 票 至 今 已 有 將 近 似 400 年 的 歷 史 ，它 伴

10、 隨 著 股 份 公 司 的 出 現(xiàn) 而 出 現(xiàn) 。隨 著 企 業(yè) 經(jīng) 營 規(guī) 模 擴 大 與 資 本 需 求 不 足 要 求 一 種 方 式 來 讓 公 司 獲 得 大 量 的 資 本 金 ，從 而 了 以 股 份 公 司 形 態(tài) 出 現(xiàn) 的 ，股 東 共 同 出 資 經(jīng) 營的企業(yè)組織。股份公司的變化和發(fā)展產(chǎn)生了股票形態(tài)的融資活動； 股 票 融 資 的 發(fā) 展 產(chǎn) 生 了 股 票 交 易 的 需 求 ；股 票 的 交 易 需 求 促 成 了 股 票 市 場 的 形 成 和 發(fā) 展 ；而 股 票 市 場 的 發(fā) 展 最 終 又 促 進 了 股 票 融 資 活 動 和 股份公司的完善和發(fā)展。股

11、票 最 早 出 現(xiàn) 于 資 本 主 義 國 家 。世 界 上 最 早 的 股 份 有 限 公 司 制 度 誕 生于 1602 年在 荷 蘭成 立 的東印 度公 司。 股份 公司 這種 企業(yè) 組 織形 態(tài) 出 現(xiàn) 以 后 ，很 快 為 資 本 主 義 國 家 廣 泛 利 用 ，成 為 資 本 主 義 國 家 企 業(yè) 組 織 的 重 要 形 式 之 一 。伴 隨 著 股 份 公 司 的 誕 生 和 發(fā) 展 ，以 股 票 形 式 集 資 入 股 的 方 式 也 得 到 發(fā) 展 ，并 且 產(chǎn) 生 了 買 賣 交 易 轉(zhuǎn) 讓 股 票 的 需 求 。這 樣，就帶動了股票市場的出現(xiàn)和形成，并促使股票市場完善

12、和發(fā)展。 1611 年，東印度 公司的股東們在 阿姆斯特丹股票交 易所就進行著股 票 交 易 ，并 且 后 來 有 了 專 門 的 經(jīng) 紀 人 撮 合 交 易 。阿 姆 斯 特 丹 股 票 交 易 所 形 成 了 世 界 上 第 一 個 股 票 市 場 。目 前 ，股 份 有 限 公 司 已 經(jīng) 成 為 最 基 本的企業(yè)組織形式之一；股票已經(jīng)成為大企業(yè)籌資的重要渠道和方 式 ，亦 是 投 資 者 投 資 的 基 本 選 擇 方 式 ；股 票 市 場（ 包 括 股 票 的 發(fā) 行 和 交易）與債券市場成為證券市場的重要基本內(nèi)容。股 份公 司、股 票 和股 票市 場無 疑對 資本 主義 國家 的企

13、 業(yè)的 經(jīng) 濟發(fā) 展起到 了積 極的 作用 。 股份公 司 ，股 票和 股票 市場 不是 資本 主義 所 特有的。我國是一個社會主 義國家，在發(fā)展有 計劃商品 經(jīng)濟的條件下， 同樣可 以利 用股 份公 司 的企 業(yè)組 織形 式、股 票籌 資的 方式 和股 票 市場 的調(diào)節(jié)機制，為 發(fā)展社會主義的有計劃的商品經(jīng)濟服務(wù)，它的積極做 用是：1. 可以廣泛地動員、積聚和集中社會的閑散資金，為 國家經(jīng)濟建 設(shè)發(fā)展 服務(wù) ，擴 大生 產(chǎn) 建設(shè) 規(guī)模 ，推 動經(jīng) 濟的 發(fā)展 ，并 收到 “利用 內(nèi) 資不借 內(nèi)債 ”的效 果。2. 可以充分發(fā)揮市場機制，打 破條塊分割和地區(qū)封閉，促 進資金 的橫向融通和經(jīng)濟的

14、橫向聯(lián)系，提高資源配臵的總體效益。3. 可以為改革完善我國的企業(yè)組織形式探索一條新路子，有 利于 不斷完善我國的全民所有制企業(yè)、集體企業(yè)、個 人企業(yè)、三資企業(yè)和 股份制企業(yè)的 組織形式，更好地發(fā)揮股份經(jīng)濟在我國 國民經(jīng)濟中的地 位和作用，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展。4. 可以促進我國經(jīng)濟體制改革的深化發(fā)展，特別是股份制改革的 深入發(fā)展，有 利于理順產(chǎn)權(quán)關(guān)系，使政府和企業(yè)能各就其位、各 司其 職、各用其權(quán)、各得其利。5. 可以擴大我國利用外資的渠道和方式，增強對外的吸納能力， 有利于更多地利用外資 和提高利用外資的經(jīng)濟效益，收到“用外資而 不 借外 債”的 效果 。在 世 界 經(jīng) 濟 金 融 化 和 “

15、金 融 工 具 / 體 制 ”創(chuàng) 新 化 的 推 動 下 , 以 及 隨 著我國 金融 體制 改革 的 不斷 深入 ，股票 市場 越來 越成 為經(jīng) 濟活 動中 最 為活躍的成分 之一,深 入研究我國股票市場的運動規(guī)律和 對股票的預(yù) 測具有重大的現(xiàn)實意義。二發(fā)展現(xiàn)狀股票 和股 票市 場對 國家 企業(yè) 的經(jīng) 濟發(fā) 展 起到了積 極的作用 ，如可 以為投 資者開拓投資渠道，增 強投資的流動性和靈活性等。但股票價 格的形成機制是頗為復(fù)雜的，股 票價格既受到多種因素，諸 如:政治， 經(jīng) 濟 ，市 場 因 素 的 影 響 ，亦 受 技 術(shù) 和 投 資 者 行 為 因 素 的 影 響 ，個 別 因 素的波動

16、作用都可能會影響到股票價格的劇烈波動。因 此，股票價格 和各影 響因 素之 間很 難 直接 建立 明確 的函 數(shù)關(guān) 系表 達式 。針對 這 一情 況，國內(nèi)外對股票的預(yù)測做出了很大的研究和貢獻。例如基于組合預(yù)測模型的股票預(yù)測方法的研究，基于 BP 算法的 股票均價預(yù)測技術(shù)研究，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的證券預(yù)測技術(shù) 研究等，都 對 股票的預(yù)測相當完善。三論文的主要內(nèi)容及其章節(jié)安排本文的研究工作為采用線性預(yù)測的方法對股票進行預(yù)測，采用 MATLAB 軟件實現(xiàn)的方法,利用其 功能強大的模塊集或工具箱和簡單 的編程環(huán)境 以及方 便的數(shù)據(jù) 可視化功 能,對中國股票市場數(shù)據(jù)進行線 性預(yù)測。本 文 的 研 究 工 作

17、使 用 MATLAB 對 股 票 線 性 預(yù) 測 仿 真 的 主 要 方 法 是：以 股票的開盤、收 盤、最 高、最 低四個價位為信號源，對 未來的 股票市場進行預(yù)測仿真研究。本文的主要內(nèi)容可以分為一下幾個部分:第一章首先簡要介紹了股票的起源發(fā)展及其在社會中的現(xiàn)實作 用 ，然 后 給 出 了 論 文 的 研 究 的 內(nèi) 容 和 國 內(nèi) 外 發(fā) 展 概 況 ，以 及 今 后 的 發(fā) 展趨勢；最后給出了論文的章節(jié)安排和主要內(nèi)容。第 二 章 重 點 講 線 性 預(yù) 測 方 法 ，首 先 說 明 本 設(shè) 計 在 股 票 預(yù) 測 中 用 到 的線性 預(yù)測 方法 及其 原 理， 然后 說明 利用 MATL

18、AB 軟件 實現(xiàn) 預(yù) 測的 的方法,利用其功能強大的模塊集或工具箱和簡單的編程環(huán)境以及方 便的數(shù)據(jù)可 視化功 能,對中國股票市場數(shù)據(jù) 進行線性預(yù)測，說 明編程 思想。第 三章 重點 介紹 MATLAB 相 關(guān)知 識。 首先 介紹本畢 業(yè)設(shè) 計 用到 的軟件 MATLAB 的特 點和 使用 意義 ，然后介 紹其中 的 GUI 圖 形 用戶 界面使 用方 法和 建立 GUI 的 兩種 方法 及其 比較 ，說 明本 設(shè)計 是 以程 序編寫 方法 建立 GUI 對 象， 最后 簡述 本設(shè) 計利 用該 軟件 進行 線 性預(yù) 測的相關(guān)內(nèi)容。第 四 章 重 點 介 紹 計 算 機 仿 真 股 票 線 性 的

19、 預(yù) 測 模 型 ，然 后 介 紹 程 序 編輯過程和調(diào)試，最 終出現(xiàn)預(yù)期的預(yù)測結(jié)果，說明本設(shè)計完成預(yù)期的 任務(wù)。第二章股票線性預(yù)測方法關(guān)于線性預(yù)測及其FIR濾波器線性預(yù)測是根據(jù)已有采樣點按照線性函數(shù)計算未來某一離散 信號的數(shù)學(xué)方法。在數(shù)字信號處理中，線性預(yù)測經(jīng)常稱為線性預(yù)測 編碼（LPC），因此也可以看作是數(shù)字濾波器的一部分。能夠單獨的 根據(jù)過去的值預(yù)測信號的將來值，對線性預(yù)測而言，系統(tǒng)是一個FIR 數(shù)字濾波器，即根據(jù)過去值的一種線性組合算出一個預(yù)測值。FIR數(shù)字濾波器是一種用來過濾時間離散信號的數(shù)字系統(tǒng)，通 過對抽樣數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理來達到頻域濾波的目的。FIR濾波器是 在數(shù)字信號處理（DS

20、P）中經(jīng)常使用的兩種基本的濾波器之一，根據(jù) 其單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時域特性可分為兩類：無限沖激響應(yīng)（IIR 濾波器和有限沖激響應(yīng)（FIR ）濾波器。FIR是有限沖激響應(yīng)（Fi nite Impulse Response）的簡稱。每一種都有優(yōu)缺點，但總得來說，F(xiàn)IR 濾波器的優(yōu)點遠大于缺點，因此在實際運用中，F(xiàn)IR濾波器比IIR 濾波器使用的比較多。相較于IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器有以下的優(yōu)點:1. 可以很容易地設(shè)計線性相位的濾波器。線性相位濾波器延時輸 入信號，卻并不扭曲其相位。2. 實現(xiàn)簡單.。在大多數(shù)DSP處理器，只需要對一個指令進行循環(huán) 就可以完成FIR計算。3. 適合于多采樣率轉(zhuǎn)換，它包

21、括抽?。ń档筒蓸勇剩?，插值（增加采 樣率）操作。無論是抽取或者插值，運用FIR濾波器可以省去一些 計算，提高計算效率。相反，如果使用IIR濾波器，每個輸出都要 逐一計算，不能省略，即使輸出要丟棄。4. 具有理想的數(shù)字特性。在實際中，所有的DSP濾波器必須用有 限精度（有限bit數(shù)目）實現(xiàn)，而在IIR濾波器中使用有限精度會 產(chǎn)生很大的問題，由于采用的是反饋電路，因此IIR通常用非常少 的bit實現(xiàn)，設(shè)計者就能解決更少的與非理想算術(shù)有關(guān)的問題。5. 可以用小數(shù)實現(xiàn).不像IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器通?？赡苡眯∮? 的系數(shù)來實現(xiàn)。（如果需要，F(xiàn)IR濾波器的總的增益可以在輸出調(diào) 整）。當使用定點DSP的

22、時候，這也是一個考慮因素，它能使得實 現(xiàn)更加地簡單。相比較于IIR濾波器，有時FIR濾波器為了得到一個給定的濾 波響應(yīng)特性，需要花費更多的存儲器或者計算。 當然，用FIR濾 波器去實現(xiàn)某些響應(yīng)也是不實際的。與IIR濾波器相比，F(xiàn)IR的實現(xiàn)是非遞歸的，總是穩(wěn)定的；更 重要的是，F(xiàn)IR濾波器在滿足幅頻響應(yīng)要求的同時，可以獲得嚴格 的線性相位特性。因此，它在高保真的信號處理，如數(shù)字音頻、圖 像處理、數(shù)據(jù)傳輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。二股票的線性預(yù)測原理（一）線性預(yù)測最常見的表示是Apx（n） =aix（n-i）（2-1）i =1其中x(n)是預(yù)測的信號值，x(n -i)是前面觀測到的值，ai是預(yù)

23、測系數(shù)。這種預(yù) 測產(chǎn)生的誤差是(2-2)它們的不同之處是參數(shù)e(n) = x(n) -x(n)其中Xn是真正的信號值。這個等式對于所有類型的一維線性預(yù)測都是有效的, ai選擇方式的不同。對于多維信號，誤差經(jīng)常定義為e(n) =| x(n) -x(n) |(2-3)其中| | . | |是適當選擇的矢量范數(shù)。(二) 預(yù)測參數(shù)在參數(shù)ai優(yōu)化中最常見的選擇是均方根準則，也稱為自相關(guān)準則。在這種方法中 減小了最小均方誤差Ee2(n)的期望值，這樣就得到等式p',R(i - j) R(j)(2-4)i 4對于1呼p,其中R是信號xn的自相關(guān)，定義為R(i)二 Ex(n)x(n -i)(2-5)其

24、中E是 期望值。在多維情況下，這相當于最小化L2范數(shù)。上面的方程稱為normal方程或者Yule-Walker方程，在矩陣形式下這個方程也 可以寫作Ra=-r,(2-6)其中自相關(guān)矩陣 R是元素為ri,j = R(i - j)的對稱輪換矩陣(en:circula nt matrix)， 矢量r是自相關(guān)矢量rj = R(j)，矢量a是參數(shù)矢量。另外一個更為通用的實現(xiàn)是最小化Appe(n) = x(n)x(n) = x(n)二 aix(ni)=' aix(ni)(2-7)imi =0其中通常使用ao = 1約束參數(shù)ai以避免trivial解。這個約束產(chǎn)生與上面同樣的 預(yù)測，但是normal

25、方程是Ra 二 1,0,.,0(2-8)其中索引i的范圍是從0到p,并且R是(p + 1)竹+ 1)矩陣。參數(shù)優(yōu)化是一個非常廣泛的話題，人們已經(jīng)提出了大量的其它實現(xiàn)方法。 但GSM標準中的語音編碼就在使高斯消去法求矩陣的逆可能是最R和r的對稱性。一種更快的Levinson 遞歸法(en:Levinson是，自相關(guān)方法仍然是最為常用的方法，例如在 用這種方法。矩陣方程Ra = r的求解計算上工作量很大， 為古老的解法了，但是這種方法沒有有效地利用 算法是 Norman Lev in son在1947年提出的recursion)，它遞歸地計算方成的解。后來Delsarte et al.提出了一種稱

26、為splitLevi nson recursion的改進方法，它僅需要一半的乘除計算量，它在隨后的遞歸 層面上使用了參數(shù)矢量的特殊對稱特性。本文希望設(shè)計一個系統(tǒng)，它能夠單獨的根據(jù)過去的值預(yù)測xn 信號的將來值。對于線性預(yù)測來說，這個系統(tǒng)是一個FIR濾波器，它 根據(jù)過去值的一種線性組合算出一個預(yù)測量：,、p"(2-9)X h 心 ak nk 1k 4式2-9中的就是的預(yù)測值。因為用了信號先前的p個值構(gòu)成這種 預(yù)測，所以這是一個p階預(yù)測器。給定某一固定的濾波器階p，線性 預(yù)測問題就是要確定一組濾波器系數(shù)，以使得 最好的”實現(xiàn)2-9的預(yù) 測確實這個 最好”系數(shù)的最常用的準則是某些系數(shù)，是的

27、總的平方預(yù) 測誤差達到最?。篘2 N2E 二 | eh 二 | xh xh心心(2-10)式2-10中，假設(shè)序列xn的長度為N ，有幾個途徑可以用來對ak求解以使式2-10中E最小。最簡單的方法是利用MATLAB 來解這個聯(lián) 力線性方程組。假設(shè)N>P,這個線性預(yù)測問題可以轉(zhuǎn)換成式2-11所的 矩陣形式_x1x2a.xN - pxp xp 1xN -1ep+1：ep + 2eNxp+1【xp + 2a-xN 一(2-11)式2-11還可以緊湊一些寫成-Xa+e=x。這個方程能用來對向量a求解， 以使總平方預(yù)測誤差e' *e最小。式2-11左邊放一半兒減號的約定是 為了讓預(yù)測誤差濾波

28、器”能表示成e=Xa+x 。二.設(shè)計預(yù)測流圖利用MATLAB 實現(xiàn)股票市場線性預(yù)測的編程流程如圖2-1首先根據(jù)信源X n構(gòu)造矩陣X，x，求出濾波器的系數(shù)ak，得到第一個預(yù)測值，后重新構(gòu)造矩陣X1,然后根據(jù)X1在循環(huán)回重新構(gòu)造 下一個矩陣X，x。得到最終的預(yù)測值。若已知信源x n,求解系數(shù)ak，則可根據(jù)上述流程求出xn+1,xn+2等一系列預(yù)測值圖2-1第三章 MATLAB 及圖形用 戶界面簡介一 MATLAB 簡 介MATLAB 是美 國 Math Works 公司 出品 的商業(yè)數(shù) 學(xué) 軟件 ，用 于算 法開發(fā)、數(shù) 據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和 交互式環(huán)境，主要包括 MA

29、TLAB 和 Simulink 兩大部分 。MATLAB 是 矩 陣 實 驗 室 （ Matrix Laboratory ） 的 簡 稱 ， 和 Mathematica 、Maple 并稱 為三大 數(shù)學(xué)軟 件 。它在 數(shù)學(xué) 類科 技應(yīng) 用 軟件 中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函 數(shù)和數(shù)據(jù)、 實現(xiàn)算法、 創(chuàng)建用戶界面、 連接其他編程語言的程序等， 主要應(yīng)用于工程計算、控 制 設(shè)計、信 號處理與通訊、圖 像處理、信 號 檢測、 金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程 中 常用的形式十分相似 ，故 用 MATLAB 來

30、解算 問題要比 用 C， FORTRAN 等語 言完 相同 的事 情簡 捷得 多， 并且 math work 也 吸 收了 像 Maple 等軟件的優(yōu)點,使 MATLAB 成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在 新 的版本中也加入了對 C， FORTRAN ，C+ ，JAVA 的支持。 可以直 接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中 方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典 的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。20 世紀 70 年代，美國新墨西哥大學(xué)計算機科學(xué)系主任 Cleve Moler 為 了 減 輕 學(xué) 生 編 程 的 負 擔 ， 用 FOR

31、TRAN 編 寫 了 最 早 的 MATLAB 。 1984 年由 Little 、 Moler 、 Steve Bangert 合作 成立 了 的 Math Works公司 正式把MATLAB 推 向市場。到20世紀90年代，MATLAB 已成為國際控制 界的標準計算軟件。（一）.MATLAB 運用特點1. MATLAB 語言 的優(yōu) 越 性 在當今計算機時代， 通常的做法是借助高級語言 Basic、 Fortran 或 C 語言等編制計算程序，輸入計算機做近似計算。但是這需要熟練 的掌握所運用的語法規(guī)則與編制 程序的相關(guān)規(guī)定，而且編制程序不容 易，費 時費力。 所以本設(shè)計采用預(yù)測仿真軟件是

32、MATLAB 。 1980 年 美國的 Cleve Moler 博士研制的 MATLAB 環(huán)境（語言）對控制 系統(tǒng) 的理論及計算機輔助設(shè)計技術(shù)起到了巨大的推動作用。由于 MATLAB 的使用 極其容易， 不要求使用者具備高深的數(shù)學(xué)與程序語言的知識， 不需要使用 者深刻了解算法與編程技巧，且提供了豐富的矩陣處理功 能， 更 體現(xiàn) 出它 巨大 的 優(yōu)越 性和 簡易 性。MATLAB 將高性能的數(shù)值計 算和可視化集成在一起， 并提供了 大量的內(nèi)臵函數(shù)，從 而被廣泛的應(yīng)用 科學(xué)計算、控制系統(tǒng)、信 息處理 等領(lǐng)域的分析、 仿真和設(shè)計工作而且利用 MATLAB 產(chǎn)品的開放式結(jié) 構(gòu)，可 以非常容易的對 MA

33、TLAB 的功能進行擴充。目 前 MATLAB 可 以 用 來 完 成 一 下 功 能 ：數(shù) 據(jù) 分 析 ；數(shù) 值 和 符 號 計 算 ；工 程 與 科 學(xué) 繪 圖 ； 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真；數(shù) 字圖像處理；建 模、仿 真、原 型開發(fā)；數(shù) 字信號處理、 通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真；圖形用戶界面設(shè)計。（二）MATLAB 的特點如下：1語言簡潔緊湊， 使用方便靈活， 庫函數(shù)極其豐富。2. 運算符豐富。3. MATLAB 既具 有 結(jié)構(gòu) 化的 控制 語句（ 如 for 循 環(huán) ， while 循環(huán) ， break 語 句 和 if 語 句 ）， 又 有 面 向 對 象 編 程 的 特 性 。4. 程序限制不

34、嚴格，程序設(shè)計自由度大。5. 程序的可移植性很好，基 本上不做修改就可以在各種型號的計 算機和操作系統(tǒng)上運行。6. MATLAB 的圖 形 功能 強大 。7. 擁有完備和強大的工具箱。8. 源程 序的 開放 性。 除內(nèi) 部函 數(shù)以 外，所有 MATLAB 的 核 心文 件和工 具箱 文件 都是 可 讀可 改的 源文 件，用 戶可 通過 對源 文件 的 修改 以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。（三）MATLAB 的 優(yōu) 勢 1工作平臺和編程環(huán)境MATLAB 由一系列工具組成。這些工具 方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、

35、歷 史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于 用戶瀏 覽幫 助、 工作 空 間、 文件 的瀏 覽器 。隨 著 MATLAB 的 商業(yè) 化 以及軟件本身的不斷升級，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更 加 接 近 Windows 的 標 準 界 面 ， 人 機 交 互 性 更 強 ， 操 作 更 簡 單 。 而 且 新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)， 極大的方便 了用戶 的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不 必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行 出錯原因分析。2. 簡單易用的程序語言MATLAB 一個 高 級的 矩陣 /陣 列

36、語言， 它包含控 制語句、 函數(shù)、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中 將輸入 語句 與執(zhí) 行命 令 同步 ，也可 以先 編寫 好一 個較 大的 復(fù)雜 的 應(yīng)用 程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB 語言是基于最為 流行的C+語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C+語言極為相似， 而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達式的書寫格式。使之更 利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓 展性極強， 這也是 MATLAB 能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng) 域的重要原因。3. 強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。

37、其擁有 600 多個工 程中要用到的數(shù)學(xué)運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功 能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而 前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層 編程語言，如 C 和 C+ 。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。 MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡單最 基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函 數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方 程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分 析 、工 程 中 的 優(yōu) 化 問 題 、稀 疏 矩 陣 運 算

38、 、復(fù) 數(shù) 的 各 種 運 算 、三 角 函 數(shù) 和其他初等數(shù)學(xué)運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。4. 出色的圖形處理功能MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以 將向 量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進 行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、 動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程 繪圖。新版本的 MATLAB 對整個 圖形 處理 功能 作 了很 大的 改進 和完 善，使 它不 僅在 一般 數(shù) 據(jù)可 視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等） 方面更加完善，而 且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光 照處理 、色 度處

39、理以 及 四維 數(shù)據(jù) 的表 現(xiàn)等 ）， MATLAB 同 樣表 現(xiàn) 了出 色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等， MATLAB 也有相 應(yīng)的功能函數(shù) ，保證了用戶不同層次的要求 。另外 新版本的MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI ）的制作上作了很 大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 5應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB 對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具 箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用 戶 可以直接使 用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前， MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的

40、諸多領(lǐng)域， 諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù) 據(jù)庫接口、概 率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu) 化算法、偏微 分方程求解、神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小 波分析 、信號處理、圖 像處理、系 統(tǒng)辨識、 控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分 析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入 式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、 DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox ） 家 族 中 有 了 自 己 的 一 席 之 地 。6. 實 用 的 程 序接 口和 發(fā)布 平臺新 版本 的 MATLAB 可 以利 用 MATLAB 編譯 器 和 C/C+ 數(shù)學(xué) 庫和 圖 形庫 ，將自己的 MATLAB 程序自

41、動轉(zhuǎn) 換為 獨立 于 MATLAB 運 行的 C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB 進行交互的C或C+ 語言程序。另外，MATLAB 網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在 Web應(yīng)用中使用 自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。 MATLAB 的一個重要特色就是具 有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱 是 MATLAB 函數(shù)的 子程序庫， 每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè) 和應(yīng)用而定制的，主 要包括信號處理、控 制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏 輯、 小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。7. 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編 程方面支持了

42、函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大 的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面， 可以直接向 Excel 和 HDF5 進行連接。二 GUI 圖 形 用 戶 界 面 簡 介（一） .GUI 圖形用戶界面介紹圖形用戶界面（ Graphical User Interfaces ， GUI ） 是一種圖形 化的溝通界面，通過此界面可以很方便地達到一些特定控制的操作， 而 這些 界面 又是 由 按鈕 、窗口 、工 具欄 、鍵 盤操作等 對象所構(gòu) 成的， 以 方 便 借 助 這 些 界 面 調(diào) 用 MATLAB 來 運 行 運 算 處 理 操 作 。 在 MATLAB 中

43、， GUI 編 程和 M 文件編 程相比， 除了 要編 寫程 序 功能 的內(nèi)核代碼外，還需要編寫前臺界面。MATLAB 圖形用戶界面程序 的 前臺 界面由一系列交互組件組成， 主要包括按鈕、單選按鈕、框 架、復(fù)選框、文本標簽、編輯文本框、滾動條、下拉菜單、列表框 和 雙位 按鈕 等。也就是說 GUI 圖 形 用 戶 界 面是 由窗 口、光標 、按鍵 、 菜單、文字說明等對象（Objects）構(gòu)成的一個用戶界面。用戶通過 一定的 方法（ 如鼠標或鍵盤） 選擇、 激活這些圖形對象， 使計算機 產(chǎn)生某種動作或變化， 比如實現(xiàn)計算、 繪圖等。使用 MATLAB 來分析數(shù)據(jù)，求解問題，繪制結(jié)果常使用 G

44、UI 工 具。因為 GUI 可以在 MATLAB 中生成非常有效的工具和應(yīng)用 程序， 或是建立演示工作的交互式界面。（ 二） 創(chuàng)建 MATLAB 用 戶 圖 形界面必須由三個基本元素:1 組件. 在 MATLAB GUI 中的每一個項目（按鈕,標簽,編輯框等）都 是一個圖形化組件.組件可分為三類:圖 形化控件（按鈕,編輯框,列表, 滾動條等）,靜態(tài)元素（窗口和文本字符串）,菜單和坐標系. 圖 形化控 件 和 靜 態(tài) 元 素 由 函 數(shù) uicontrol 創(chuàng) 建 ,菜 單 由 函 數(shù) uimenu 和 uicontextmenu 創(chuàng)建 ,坐標系經(jīng)常用 于顯 示圖 形化 數(shù)據(jù) ,由函 數(shù) axe

45、s 創(chuàng)建.2圖象窗口（Figure）.GUI 的每一個組件都必須安排圖象窗口中。以 前， 我們在畫數(shù)據(jù)圖象時， 圖象窗口 會被自動創(chuàng)建。 但我們還可以 用 函數(shù) figure 來創(chuàng)建空圖 象窗口 ，空圖象窗口 經(jīng)常用于放臵各種類 型的組件。3 回應(yīng)。 最后， 如果用 戶 用 鼠標單擊或用 鍵盤鍵入一些信息， 那么 程 序就要 有相應(yīng)的 動作。 鼠標單擊或鍵入信息是一個 事件 ， 如果 MATLAB 程序運行相應(yīng)的 函數(shù)， 那么 MATLAB 函數(shù)肯定會有所反 應(yīng)。例如，如果用戶 單擊一按鈕，這個事件必然導(dǎo)致相應(yīng)的 MATLAB 語句執(zhí)行。 這些相應(yīng)的 語句被稱為回應(yīng)。 只要執(zhí)行 GUI 的 單

46、個圖 形組件， 必須有一個回應(yīng)。（ 三） .GUI 層 次 結(jié) 構(gòu)實現(xiàn)一個 GUI 的 過程包括兩個基本任務(wù)：一是 GUI 的 組建布局， 另一個是 GUI 組件編程 。 另外用 戶 還必須能夠保存并發(fā)布自己的 GUI ， 使得用 戶 開發(fā)的圖 形用 戶 界面能夠真正得到應(yīng)用 。在 MATLAB 中 GUIDE 是一個組建布局工具集， 能夠生成用戶 所需的 組件資源并保存在一個 FIG 文件中 ；其次， GUIDE 還可以生 成一個包含 GUI 初始化和發(fā)布控制代碼的 M 文件 ， 該文件為回調(diào) 函數(shù)提供了一個框架。GUIDE 可以首先在布局 GUI 的同時生成兩個文件1FIG 文件。 該文件

47、包括 GUI 的 圖像窗口 和所有子對象的完全描述 以及所有對象的 屬性值。2M 文件。 該文件包括用戶 用來發(fā)布和控制界面和回調(diào)函數(shù)的 各種 函數(shù)。 該文件不含任何組件的布臵信息三 .GUI 建 立 的 兩 大 方 法 及 其 比 較MATLAB 中GUI的建立有兩大方式。（一）通過GUIDE編輯快速生成GUI編輯界面直接通過 MATLAB 的GUI編輯界面 GUIDE 來建立 GUI。 這個界面當前已經(jīng)改善的很實用，對于實用過窗口程序的用戶或新 手而言，是個非常好的選擇，它直接通過鼠標拖拽到達目的地，就 可以快速的建構(gòu)出整個的GUI ;此外，這種方式在M文件管理上也 比較好，如果要修改部分

48、程序代碼，也可以快速容易的找到被修改 部分。具體方法在Comma nd 里面輸入 GUIDE 或者從菜單里面，或 者從快捷按鈕均可進入GUIDE。新建并且保存后，會生成相應(yīng)的fig 文件和m文件，在Layout編輯視圖，可以使用如Layout Editor （布 局編輯器）：添加和安排圖形窗口中的對象；Alignment Tool （對齊 工具）：排列對象的相對次序；Property Inspector （對象屬性觀察 器）：檢查和設(shè)臵屬性值；Object Browser （對象瀏覽器）：觀察本 次運行中圖形對象句柄的層次關(guān)系；Menu Editor （菜單編輯器）： 創(chuàng)建圖形窗口菜單等工具進

49、行編輯。這些工具集中在布局編輯器界面中，使用GUIDE命令可以顯示 該界面，如圖3-1GUIDE啟動對話框GUIDE Quick Stvtoookneate New GUI Qpefl E/istinqr<GUIDE templatesPreview* Blank GUI （Default）* GUI with Uicontrols祇 GUI with Axes and Menu I 鼻 Modal Qye5tjon DialogBLANK圖3-1如圖3-2可以看到，創(chuàng)建新的GUI程序時可以使用四種不同的 GUIDE模板。選擇空白GUI，將會打開如圖3-2所示的空白GUIDE 設(shè)計界面，

50、在此界面下用戶可以通過單擊和拖拽鼠標的方式輕松創(chuàng)建 自己的GUI程序界面。同時也可以選擇其他模板項，在這種情況下打開的GUIDE 設(shè)計 界面下會有模板預(yù)先安排的一些交互組件，可以很大減少工作量。打開空白GUI所示的界面如圖3-2untitled FigoeeFfe EdE View Laycut I do Is HebCitrert PcHrt: Or 9D| P&sltian: 520. 3 S6D. 420圖3-2前臺界面由一系列交互式組件組成，主要包括按鈕、單選按鈕、 框架、復(fù)選框、文本標簽、編輯文本框、滑動條、下拉菜單、列表框 和雙位按鈕。用戶以某種方式選擇或激活這些對象，通常

51、引起動作或 發(fā)生變化。用鼠標激活或者其他單擊設(shè)備去控制屏幕上鼠標指針的運 動。按下鼠標按鈕，標志著對象的選擇或者其他動作。（二）編寫程序使用.m文件直接動態(tài)添加控件直接通過程序編寫的方式產(chǎn)生對象，即利用uic ontrol、uimenu 、uicontextmenu 等函數(shù)編寫M文件的方式來開發(fā)整個GUI。此方式的優(yōu)點在于GUI菜單的建立比較齊全，并且不會額外產(chǎn) 生一個.fig文件，并且程序代碼的通用性非常高，因此當完成一個GUI 后，該程序就可以復(fù)制到一般的MATLAB 的M文件中使用，也可以 復(fù)制到GUIDE的M文件中使用，如已通過編寫的方式編寫好一系列 的uime nu菜單選項，因此就可

52、以直接將這些程序復(fù)制輸入到GUIDE 的Opening Function中，直接在GUIDE 中運用這些菜單選項，如此就可以節(jié)省額外開發(fā)相同或類似對象的時間。程序編寫來建立GUI 對象的最大缺點就是GUI對象位臵的配臵，若不是非常熟悉的用戶 可能會比較難以控制。本 設(shè)計是直接禾U用 uicontrol、uimenu 、uicontextmenu 等函數(shù)編寫M文件的方式來開發(fā)預(yù)測界面的。首先說明使用程序編寫建立 GUI 環(huán)境的方式，必須一一通過 uic on trol、uime nu 、uic on textme nu函數(shù)逐漸建構(gòu)出需要的GUI，步驟如下所示：第一步：建立figure對象以座位種

53、鴿GUI的基礎(chǔ)窗口，并設(shè)臵該 窗口的相關(guān)屬性，假設(shè)后續(xù)需要建立uimenu，做必須更改窗口 Menubar 屬性為 menubar 或 figure。第二步： 決定需要建立的 axes 或者 uic on trol、uime nu 、其 中 uicontrol 用 MATLAB 將 執(zhí) 行uicontextmenu 對 象 ， 并 設(shè) 臵 相 關(guān) 屬 性 及 callback 。 以建立用戶控制圖形對象，當用戶激活該對象后， 相對應(yīng) 的 Callback 函數(shù) 。第 四 章 MATLAB 程 序 設(shè) 計 及 其 預(yù) 測 結(jié) 果 一計算機仿真股票線性預(yù)測模型在整 個預(yù)測 模型 中，信 源取 自于

54、 MATLAB 工 具 箱中 的 Finance 文 件中的 Dow jones industrial average （道.瓊斯工業(yè) 平均）指數(shù)自 1994 年 3 月 4 日至 1996 年 2 月 26 日之間以周為間隔的 采樣值。其中有四 組 數(shù) 據(jù) open,close,high,low, 即 為 該 股 票 的 開 盤 價 、收 盤 價 、最 高 價 、 最低價。因 此在此模型中對每一種價位都可以進行預(yù)測 ，同時可以選 擇預(yù)測周數(shù)，還可以選擇濾波器的階數(shù)以提高其精確度。（1）開盤價：上 午 9:15-9:25 為 集 合 競 價 時 間 ， 在 集 合 競 價 期 間 內(nèi) ， 交

55、易 所 的自動撮合系統(tǒng)只儲存而不撮合，當申報競價時間一結(jié)束，撮合系 統(tǒng)將根據(jù)集合競價原則，產(chǎn)生該股票的當日開盤價。按上海證券交 易所規(guī)定，如開市后半小時內(nèi)某證券無成交，則以前一天的收盤價 為當日開盤價。有時某證券連續(xù)幾天無成交，則由證券交易所根據(jù) 客戶對該證券買賣委托的價格的走勢，提出指導(dǎo)價格，促使其成交 后作為開盤價。首日上市買賣的證券經(jīng)上市前一日柜臺轉(zhuǎn)讓平均價 或平均發(fā)售價為開盤價。（2）收盤價： 收盤價是指某種證券在證券交易所一天交易活動結(jié)束前最后一 筆交易的成交價格。如當日沒有成交，則采用最近一次的成交價格 作為收盤價，因為收盤價 是當日行情的標準，又是下一個交易日開 盤價的依據(jù)，可據(jù)

56、以預(yù)測未來證券市場行情；所以投資者對行情分 析時，一般采用收盤價作 為計算依據(jù)。（3）最高價： 是指當日所成交的價格中的最高價位。有時最高價只有一筆， 有時也不止一筆。（4）最低價：是指當日所成交的價格中的最低價位。有時最低價只有一筆， 有時也不止一筆。（ 一 ） . 模 型 簡 介本 模 型 一 共 有 兩 個 主 程 序 ，分 別 做 出 主 界 面 “股 票 線 性 預(yù) 測 ”與 預(yù) 測界面 “預(yù)測現(xiàn)場”。主界面程序為 feimain.m, 它調(diào)用了預(yù)測器界面程 序 highpan.m 在 highpan.m 中 又 分 別 調(diào) 用 了 子 程 序 xtxs.m 來 求 解 濾 波 器

57、系 數(shù) ak, 子 程 序 hpy-wav.m 來 求 解 預(yù) 測 值 ，子 程 序 Geet.m 載 入 數(shù) 據(jù) 和四個信源，即 開盤價 open.m 、收 盤價 close.m 、最高價 high.m 與最 低 價 low.m 。（ 二 ） . 使 用 簡 介當 執(zhí) 行 feimain.m 時 ， 將 出 現(xiàn) 一 個 主 界 面 ， 如 圖 所 示 4-100 0Welcome to you!歡迎進入股票預(yù)測圖4-1點擊 歡迎進入股市預(yù)測”按鈕就可調(diào)出預(yù)測器界面，如圖所示4-2ooeSI驗境Ji觀(weeks)圖4-2二主要編輯程序(一)主界面程序%主界面程序clc;nan dy 仁0.5

58、 0.5 0.5;nan dy=1 1 1;nan dy2=0.7 0.7 0.7;%設(shè)定圖形界面h_mm=figure('name','股票預(yù) 測界面',.'un its',' normalized','positio n',0.2 0.2 0.5 0.3,.'me nubar',' non e',' nu mbertitle','off,'Color', nan dy); %設(shè)定圖形句柄的各項屬性 set(h_mm,'default

59、uico ntrolfo ntsize',13); set(h_mm,'defaultuic on trolbackgro un dcolor', nan dy2); set(h_mm,'defaultuico ntrolu ni ts',' no rmalized'); set(h_mm,'defaultuic on trolfo ntun its','pixels'); set(h_mm,'defaultuicontrolfontname','隸書');h_text=uic on trol(h_mm,'style','text','stri ng','Welcome to you!','positi on '，0.29 0.4 0.45 0.4,'backgro un dcolor