基于Matlab與Spss的統計方法與統計思維研究

李晶++付天舒++汝秀梅++王秋菊++馬秀華

摘 要：文章介紹了Matlab軟件與Spss軟件在統計學中的應用概括與應用方法。研究在計算機硬件平臺上的統計軟件對統計技術和統計思想的影響。Matlab軟件與Spss軟件在進行統計工作時具有很好的互補性。對比了兩種軟件的功能特點，分析了二者的優點和缺點，Spss的優勢在于功能模塊的強大，Matlab的優勢在于統計算法實現的靈活性。在此基礎上，提出了利用這兩種軟件互補性進行聯合統計工作的方法。

關鍵詞：Matlab；Spss；統計學；模塊化

統計學是研究社會科學與自然科學的一種數學工具，其應用于現代社會生產生活的各個方面。隨著大數據技術的發展，統計學對社會發展所起的作用達到了一個新的高度。統計學通過各種提取、分類、算法等技術手段，利用計算機硬件平臺完成對過往的事物進行分析，對正在發展的事態進行預測，從而對人們的生產生活起到巨大的影響作用。隨著統計技術的發展，在計算機硬件平臺上應運而生了很多統計學軟件，這些統計學軟件不僅極大的提高了人們進行統計工作的效率，而且還逐漸影響著人們的統計思維，統計軟件對統計技術和統計思想的影響也是一個值得研究的課題。

1 統計軟件在統計學中的應用

在計算機平臺上有很多種統計軟件，它們各有特點，各有優勢。常用統計軟件有SAS、Spss、Matlab、Excel、S-plus、Minitab、Statistica和Eviews等。其中SAS軟件在世界上應用非常廣，功能強大，但價格太高。SPSS軟件也是一個功能強大的統計軟件，其主要應用于社會科學領域。Matlab軟件功能強大，主要應用在自然科學中。Excel統計功能弱，但操作非常簡單。S-plus軟件功能強大，并且用戶可以利用編程實現特定要求的統計方法。Minitab軟件和Statistica軟件使用方便，功能強大，但應用范圍不大。Eviews軟件功能的側重點在回歸分析和時間序列分析。在眾多專業統計軟件當中Spss和Matlab普及性最好，它們分別主要應用于社會科學與自然科學領域。Spss由Spss公司研發，在早期叫做社會科學統計軟件包（SolutionsStatistical Package for the Social Sciences），2000年改為統計產品與服務解決方案（Statistical Product and Service Solutions）。Spss使用圖形用戶交互界面，可以在交互界面中直接調用統計方法工具，并在圖形界面中直接修改統計參數。使用起來非常直觀方便。Matlab軟件由MathWorks公司研發，其全稱為矩陣實驗室（matrix laboratory），Matlab也使用圖形用戶交互界面，可以直接在Matlab軟件工具箱中調用統計函數，用戶也可以自己在腳本文件中編寫特定的統計方法程序代碼[1]。這樣在進行統計工作時，Matlab和Spss有很強的互補性。

2 統計軟件與模塊化統計思維

怎樣利用統計軟件更有效的學習各種統計方法，并培養出在計算機平臺下的統計思維是一個非常值得研究的課題，換句話說就是：怎樣更有效的把書本上統計學方法和公式移植到電腦上，并加以實現。這里對兩種軟件進行功能分析。Spss在功能上主要包括數據管理、結果報告、統計建模、模塊應用。其數據管理功能非常強大，并且智能化，分析數據后的結果報告表現形式非常豐富，其應用模塊包含了統計學中的絕大多數統計方法。Matlab軟件在功能上主要包括數值分析、數值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統的設計與仿真、數字圖像處理、數字信號處理、通訊系統設計與仿真和財務與金融工程[2]。從功能上看，Matlab軟件是一款數學軟件，在工具箱應用方面，側重工程實際應用，但在這里我們更關心其統計技術的程序實現和軟件的操作方法。傳統的統計方法與統計思維是從純數學方法引入和執行的，即提取事物特征、數學建模描述、特征計算和結果分析。由上面軟件功能可以看出，模塊化操作不只體現在功能實現的具體操作方法上，以下兩種情況下也可以應用模塊化方法，一是在執行統計任務時，把統計方法分解成多個任務，把不同的任務模塊化，二是當統計任務涉及到多種統計方法，并需要進行綜合分析時，可以把多種統計方法分別模塊化。模塊化有幾個明顯的優勢，分別是方便修改設計內容、方便調試程序和方便二次程序代碼的利用。Spss軟件同Matlab軟件的特點非常適合實現這種模塊化的操作。把硬件模塊化思維應用在統計技術設計方面是一種新的統計思維。

3 Matlab與Spss在統計學中的聯合應用

在Matlab與Spss的聯合應用當中，需要把Spss的模塊功能同Matlab的工具箱功能與GUI（圖形用戶設計）功能結合起來，在做統計設計時，在Matlab的眾多軟件工具箱中可以利用的工具箱包括主工具箱、系統辨識工具箱、高階譜分析工具箱、模型預測控制工具箱、神經網絡工具箱、統計工具箱、模糊邏輯工具箱、線性矩陣不等式工具箱、優化工具箱和符號數學工具箱。在Matlab的統計工具箱中的可調用函數同Spss的功能模塊有很多功能重復的區域，但Spss功能模塊對分析結果的多樣性和智能性表達是Matlab統計工具箱不具備的[3]。Spss有17個功能模塊，其中包括基礎程式、高等統計模組、進階回歸模組、多變量表格、時間序列分析、多元尺度方法、聯合分析、精確檢定、遺漏值分析、類神經網絡、決策樹、資料準備和抽樣計劃等模塊。Spss功能模塊雖然多，但是當對于多個模塊進行組合使用時非常繁瑣。Matlab的GUI功能正好能彌補Spss的這一缺陷，可以用Matlab的GUI功能設計圖形用戶界面程序，在圖形用戶界面程序中導入Spss的多個功能模塊分析結果，然后在Matlab界面程序的回調函數中，編寫各個功能模塊分析結果聯合分析的程序代碼。這種Matlab與Spss的聯合應用方法很好的彌補了Matlab與Spss的各自缺點。

4 結束語

在計算機硬件平臺上有多種統計軟件，它們各有特點和優勢，其中Matlab軟件與Spss軟件，非常值得關注，因為這兩種軟件不僅應用范圍廣、功能強大，而且二者還具有很強的互補性。Spss的模塊功能十分強大，對于分析結果的后續表達方法也十分豐富、直觀，但其對于算法設計流程比較復雜的統計工作實現起來非常繁瑣。Matlab軟件利用GUI功能和其本身的軟件工具箱正好可以配合Spss來實現這種比較復雜的統計工作。這種設計方法不僅可以應用于社會統計學方面，也可以應用于工程實踐領域，如對電子設計產品的數據統計與質量評估等方面。

參考文獻

[1]黃磊.基于Matlab的概率與數理統計分析實踐[J].湘南學院學報，2015（36）.

[2]鄧安生.淺談Matlab軟件用于統計分析教學[J].新余高專學報，2010（15）.

[3]王銳.統計軟件SPSS教學的經驗與體會[J].西北醫學教育，2004（12）.

*通訊作者：付天舒。