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Clase 1: Introduccion a Matlab

Hamilton Galindo

UP

Hamilton Galindo (UP) Clase 1: Introduccion a Matlab Febrero 2014 1 / 48

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1 Que temas estudiaremos en este curso?

2 IntroduccionEl programa MatlabFinanzas en MatlabEl uso del HelpEl entorno de trabajo de MatlabGuardar variables y estados en una sesionGuardar sesion y copiar salidasLneas de comentarios

3 Importacion y exportacion de datos

4 Ejercicios


Que temas estudiaremos en este curso?

Las clases estan estructuradas de la siguiente manera:

1 Parte I: Introduccion y Operaciones con matrices

2 Parte II: Programacion

3 Parte III: Financial Toolbox

Ademas, estudiaremos tres aplicaciones en finanzas:

Modelo de regresion lineal multiple

Teora del Portafolio de Markowitz

Modelos GARCH


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4 Ejercicios


El programa Matlab

Que es Matlab?

Es un programa de alta eficiencia para calculos numericos con vectores ymatrices. Tambien puede trabajar con numeros escalares (reales ycomplejos) y cadenas de caracteres.

Algunas caractersticas:

Matlab es el nombre abreviado de MATrix LABoratory (laboratoriode matrices).

Su principal uso es para: matematica y calculo, desarrollo dealgoritmos, analisis y exploracion de datos, visualizacion de datos,graficos de ciencia e ingeniera y desarrollo de aplicaciones coninterfaz de usuario grafica.

Realiza una amplia variedad de graficos en 2D y 3D.


Toolbox de Matlab I

Matlab dispone de un codigo basico y de varias librerias especializadas(Toolboxes).

Que es un toolbox?

Un Toolbox es un conjunto de funciones MATLAB (archivos *.m) queextienden el entorno Matlab para resolver problemas particulares.

Por ejemplo existe toolboxes para:

Procesamiento de senales

Biologa computacional

Diseno de sistemas de control

Redes neuronales

Simulacion

Estadstica, matematica y optimizacion


Toolbox de Matlab II

Toolboxes para economa y finanzas que estan integrados en Matlab

Para economa y finanzas se tiene:

Financial toolbox

Econometrics toolbox

Fixed-Income toolbox

Financial derivatives toolbox

Ademas, se han desarrollado diferentes toolbox particulares paraeconoma que no vienen con Matlab pero que se pueden instalar:

Dynare: creado por el equipo de Cepremap (Centro para lainvestigacion economica y sus aplicaciones) -Francia- para trabajarcon modelos DSGE y OLG.

CompEcon: creado por Mario Miranda y Paul Fackler (MIT) pararesolver problemas en economa y finanzas (metodos numericos).


Toolbox de Matlab III

IRIS: creado por Jaromir Benes (FMI) para el modelamientomacroeconomico (DSGE) y proyeccion.

Toolkit de Harald Uhlig: creado para analizar modelos dinamicosestocasticos no lineales.

Schmitt-Grohe y Uribe: tienen un conjunto de archivos de Matlabpara resolver modelos DSGE con una aproximacion de segundo orden.


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4 Ejercicios


Finanzas en MatlabAnalisis de datos financieros en Matlab

Modelamientofinanciero

Anlisisdedatos&visualizacin

Reportes

Distribucindeaplicaciones

Datos

Estadstica Optimizacin

Finanzas

R en t

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MATLABMATLAB

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MatlabCompiler

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Procesotpicodeanlisisdedatosfinancieros


Finanzas en MatlabFinancial toolbox

Que hace este toolbox?

Analiza datos financieros y desarrolla modelos financieros.

1 Analisis de series de tiempo financieras

2 Portafolio optimo y asignacion de activos

3 Riesgo de credito

4 Precio y analisis de intrumentos financieros

5 Estimacon GARCH, simulacion y prediccion


Finanzas en MatlabEconometrics toolbox


Modela y analiza sistemas economicos y financieros usando metodosestadsticos.

1 Modelo de volatilidad: ARCH-GARCH

2 Modelos multivariados: VAR

3 Modelos de cointegracion

4 Modelos ARIMA, incluye test de raz unitaria (Dickey-Fuller yPhillips-Perron)

5 Filtro Hodrick-Prescott para analisis de ciclos economicos


Finanzas en MatlabFinancial instruments toolbox


En la version de Matlab 2012b aparece este toolbox, el cual mezcla eltoolbox de renta fija y de derivados financieros. Provee funciones paraprecios, modelamiento y analisis de renta fija, creditos y portafolios deacciones.

1 Modela curva de rendimiento

2 Instrumentos de tasa de interes

3 Derivados de capital y de creditos

4 Etc.


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4 Ejercicios


El uso del Help I

Help

Matlab dispone de un excelente Help con el que se puede encontrar lainformacion que se desee.

[1] Principales ventanas del Menu Help:

Product help: aqui se puede buscar ayuda general sobre Matlab osobre la funcion o concepto que se desee. Tiene tres partesimportantes:

I Functions: contiene informacion de referencia sobre las funciones pororden alfabetico o por categorias.

I Handle Graphics: contiene informacion sobre las propiedades de losobjetos graficos.

I Documentation Set: contiene manuales en formato navegable.

Function browser: permite acceder a la definicion de las funcionesutilizadas en Matlab y sus toolboxes.


El uso del Help II

Using the desktop: indica como utilizar y configurar el entorno dedesarrollo (desktop).

Using the matlab editor: brinda informacion para editar y depurarlos codigos en Matlab.

Demos: brinda ejemplos de diferentes aplicaciones en Matlab (videosy archivos .m).

[2] Usando el Command Window: se pueden escribir los siguientescomandos.

help helpwin docMuestra la informa-cion del comando ofuncion que se coloquedespues del help

Brinda una ventanacon informacion paraescribir M-files

Brinda la ventana quese obtiene con Pro-duct help

>> help >> helpwin >> doc


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4 Ejercicios


El entorno de trabajo de Matlab

Los componentes mas importantes del entorno de trabajo de Matlab7.1(R2010a) son:

1 Escritorio de Matlab (Matlab Desktop): es la ventana de maximonivel donde se puede situar (to dock) los demas componentesindividuales.

2 Componentes individuales: estan orientados a tareas concretas,entre las cuales estan:

I La ventana de comandos Command WindowI La ventana historica de comandos Command HistoryI El espacio de trabajo WorkspaceI El folder o directorio actual Current FolderI El editor de ficheros y compilador de errores Editor&DebuggerI El editor de vectores y matrices Array o Variable EditorI Tiempo de ejecucion Profiler


El escritorio de MatlabMatlab Desktop

Matlab Desktop

Es la ventana mas general de Matlab y es la que aparece cuando se iniciael software. El resto de ventanas (componentes individuales) se acoplan aella o pueden ejecutarse independientemente.


Tiene cuatro componentes predeterminados:I La ventana de comandos Command WindowI La ventana historica de comandos Command HistoryI El espacio de trabajo WorkspaceI El folder o directorio actual Current Folder

Su manejo se puede hacer por medio del Menu Desktop o pormedio del raton

Se puede guardar configuraciones realizadas por el usuario

[Desktop Save Layout]Hamilton Galindo (UP) Clase 1: Introduccion a Matlab Febrero 2014 19 / 48

La ventana de comandos ICommand Windows

Command Windows

En esta ventana se [1] ejecuta las instrucciones de Matlab y [2] es dondese muestra los resultados correspondientes a dichas instrucciones.Esta ventana se usa para introducir datos, correr codigos de Matlab ymostrar resultados.


>>, es el prompt que indica que la ventana de comandos esta enmodo normal, listo para recibir ordenes.

Se permiten lneas de comandos muy largas que automaticamentesiguen en la lnea siguiente al llegar al margen derecho de la ventana.Para ello hay que activar la opcion Wrap Lines, en elmenu File/Preferences/Command Window.


La ventana de comandos IICommand Windows

Clicando con el boton derecho sobre el nombre de una funcion queaparezca en esta ventana se tiene acceso a la pagina del Help sobredicha funcion. Si el codigo fuente (fichero *.m) esta disponible,tambien se puede acceder al fichero correspondiente por medio delEditor/Debugger.

Comenzando a teclear el nombre de una funcion y pulsando la teclaTab, MATLAB completa automaticamente el nombre de lafuncion, o bien muestra en la lnea siguiente todas las funcionesdisponibles que comienzan con las letras tecleadas por el usuario.

Cuando al ejecutar un fichero *.m se produce un error y se obtiene elcorrespondiente mensaje en el Command Window, MATLABmuestra mediante un subrayado un enlace a la lnea del ficherofuente en la que se ha producido el error. Clicando en ese enlace seva a la lnea correspondiente del fichero por medio delEditor/Debugger.


La ventana historica de comandosCommand History

Command History

Esta ventana ofrece acceso a las sentencias que se han ejecutadoanteriormente en el Command Window

. Formas de ejecutar sentencias anteriores:

Por medio de las teclas y Doble click en la sentencia

A diferencia de las formas anteriores el Command Window permite teneruna vision general de los codigos previos y permite seleccionar lo querealmente se requiere repetir.


El espacio de trabajo IWorkspace

Workspace

Es la ventana que contiene el conjunto de variables y de funciones creadaspor el usuario que en un determinado momento estan definidos en lamemoria.

Comentarios:

Los comandos Who y Whos brindan informacion sobre elWorkspace; el segundo proporciona informacion mas detallada que elprimero.

Cada funcion de Matlab tiene su propio espacio de trabajo, al que enprincipio solo pertenecen las variables recibidas como argumentos odefinidas dentro de la propia funcion.

Para ver los espacios de trabajo del programa actual se hace click enStack (apilar), localizado en la barra de herramientas de la ventanaWorkspace.


El espacio de trabajo IIWorkspace

Notar que cuando se termina de ejecutar una funcion y se devuelve elcontrol al programa que la habia llamado, las variables definidas en lafuncion dejan de existir (salvo que se hayan declarado comopersistent) y tambien deja de existir su espacio de trabajo.


El editor de vectores y matrices IVariable Editor

Variable Editor

Es un editor de vectores y matrices que permite observar y modificar loque esta dentro de una variable.

Observaciones:

El Variable Editor se abre como una ventana al hacer doble click enla variable (localizada en el Workspace).

Esta ventana tiene la forma de una hoja de calculo con una barra deherramientas.


El folder o directorio actual ICurrent Folder

Current Folder

Es el folder actual de trabajo en Matlab, su importancia radica que es eneste ambiente donde matlab guardara todo lo que el usuario realice(m-files, funciones, variables, etc).

1 El comando pwd (print working directory) permite saber cual es eldirectorio actual.

2 El comando cd (change directory) permite cambiar el directorioactual. Es importante que no exista espacios en blanco en el nombrede las carpetas consideradas en el directorio.


El folder o directorio actual IICurrent Folder

Ejemplo

I Nombre correctocd D:\Cursos dictados\curso ejemplo\2012\ejemplo prueba

I Nombre incorrectocd D:\Cursos dictados\curso ejemplo\2012\ejemplo pruebaEsta ultima sentencia hara que Matlab muestre ERROR en el commandwindows

Para que un archivo *.m se pueda ejecutar existe dos opciones:

1 Que este en el directorio actual. MATLAB mantiene en todomomento un unico directorio con esta condicion. Este directorio es elprimer sitio en el que MATLAB busca cuando desde la lnea decomandos se le pide que ejecute un fichero.

2 Que este en uno de los directorios indicados en el Path de MATLAB.


Establecer el camino de busqueda en Matlab IPath de Matlab

Path en Matlab

El Path es una lista ordenada de directorios en los que el programabusca los ficheros o las funciones que ha de ejecutar.

Muchos de los directorios del Path son propios de MATLAB, pero losusuarios tambien pueden anadir sus propios directorios.

El orden de la lista de directorios en Set Path es muy importante,porque refleja el orden de la busqueda: si dos funciones con el mismonombre estan en dos directorios diferentes, se utilizara el que primerose encuentre.


Establecer el camino de busqueda en Matlab IIPath de Matlab

El comando addpath permite anadir uno o mas directorios al Path.Su forma general se puede ver en el siguiente ejemplo:

Ejemplo de path

>> addpath c:\Matlab c:\Temp-end-end indica que el directorio sera colocado al final de la lista (-begin,

indica al inicio de la lista). Por defecto (sin -end ni -begin), Matlab colocael directorio al inicio de la lista.


El editor de ficheros y compilador de errores IEditor&Debugger

Editor

Matlab dispone de un editor que permite crear y modificar los ficheros*.m, como ejecutarlos paso a paso para ver si contienen errores (procesode Debug o depuracion)

Un archivo (fichero) *.m puede contener: un conjunto de comandos ofunciones.Algunas caractersticas:

1 El editor muestra con diferentes colores los diferentes comandos:verde (comentarios), cadena de caracteres (violeta); etc.

2 Haciendo click derecho en el cuerpo seleccionado del archivo m. sepuede acceder a varias opciones que mejoran la edicion del editor:comment, permite introducir % en las lneas seleccionadas; de especialinteres es smart indent, que organiza el sangrado de los bucles ybifurcaciones seleccionadas.


Tiempo de ejecucionProfiler

Profiler

Es un programa que permite saber el tiempo empleado en la ejecucion deun programa (script o funcion). Es una herramienta muy util paradeterminar los cuellos de botella de un programa; es decir, las funciones ylneas de codigo que mas veces se llaman y que toman mayor tiempo enejecutarse.

Algunas caractersticas:1 Para acceder al profile ir:

I Desktop >> Profiler, oI start>> Matlab >> Profiler, oI Desde la ventana de comandos: profile viewer

2 Lo que hara profiler es correr el programa bajo su supervicion paracalcular el tiempo de ejecucion de cada sentencia.


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4 Ejercicios


Guardar variables y estados en una sesionComandos save y load

1 Tomar en cuenta que cuando se sale del programa Matlab, todo elcontenido de la memoria (almacenado en el workspace) se borraautomaticamente.

2 Para guardar todas las variables del workspace de una sesion detrabajo (antes de salir del programa) se teclea en la ventana decomandos: save.

3 Este comando crea en el directorio actual un fichero llamadomatlab.mat (nombre por defecto) con el estado de la sesion (exceptolos graficos, que por ocupar mucha memoria de debe de guardaraparte)

4 Si se desea guardar con otro nombre: save nombre

5 Cuando se inicia Matlab y se desea recuperar dicha sesion de trabajo(debemos de colocarnos en el directorio donde guardamos la sesionanterior) se teclea: load.


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4 Ejercicios


Guardar sesion y copiar salidasComando Diary

1 Para guardar en un archivo el texto que describa lo que se haceen el command window (entrada de comandos y resultados) seutiliza el comando diary

2 Primero, se crea un archivo de texto (antes que se ejecuten loscomandos en el command window):

diary nombre archivo.txt

3 Segundo, para que se guarde la salida y entradas del commandwindow se coloca:

diary off

4 Para reiniciar diary se escribe: diary on


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4 Ejercicios


Lneas de comentarios

1 En Matlab el caracter tanto por ciento ( %) indica el comienzo deuna comentario. Cuando aparece en una lnea de comandos, elprograma supone que todo lo que va desde ese caracter hasta el finde la lnea es un comentario.

2 Matlab permite comentar bloques de sentencias. Para ello seencierra el parrafo entre los caracteres;

%{comentarios...

...%}


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4 Ejercicios


Importar datos

1 En Matlab se puede importar diferentes tipos de formatos de archivos:MAT-files (*.m), datos en formato texto (*.txt), hojas de calculo(*.xls o *.xlsx), imagenes, audio y video, entre otros.

2 En esta clase aprenderemos a importar datos en hojas de calculo.


Importar datos de excel I

[1]Importar hojas interactivamente

Entrar a File > Import Data o hacer doble click en el archivo *.xlsx

Solo se puede importar una hoja cada vez

Se debe de elegir la segunda opcion;

crear vectores de cada columna usando el nombre de las

columnas

[2]Importar una hoja con uiimport

Se importa una hoja de calculo como una estructura

Codigo:

variables = uiimport(nombre archivo.xlsx)

[3]Importar todas las hojas con importdata

La funcion importdata coloca toda la informacion de un archivoexcel en una estructura

Codigo:


Importar datos de excel II

variables = importdata(nombre archivo.xlsx)

Toda la informacion del archivo excel pasa a la estructura con nombrevariables

Esta estructura posee los siguientes campos:

data: [1x1 struct]textdata: [1x1 struct]

colheaders: [1x1 struct]

Donde: data contiene todas las hojas de calculo (datos)

Donde: textdata contiene el texto en hojas de calculo

Donde: colheaders contiene todos los encabezados de las hojas decalculo

[4]Importar una hoja o rango con xlsread

[data, encabezados] =

xlsread(nombre archivo.xlsx,nombre hoja)


Importar datos de excel III

Para importar un rango:

[data, encabezados] =

xlsread(nombre archivo.xlsx,nombre hoja,A2:B20)


Exportar datos I

Si se desea exportar a excel una matriz:

A =

1.0000 0 00 1.0000 00 0 1.0000

0.9649 0.9572 0.14190.1576 0.4854 0.42180.9706 0.8003 0.9157

Se siguen los siguientes pasos:

1 Se convierte en una matriz de celda

data = num2cell(A)


Exportar datos II

y se obtiene:

data =

[1] [0] [0][0] [1] [0][0] [0] [1]

[0.9649] [0.9572] [0.1419][0.1576] [0.4854] [0.4218][0.9706] [0.8003] [0.9157]

2 Se crea un vector de celda que contenga los encabezados

nombre = {impacto,posicion,monto}3 Se concatena nombre con data

BaseDatos = [nombre;data]


Exportar datos III

obteniendose;

BaseDatos =

impacto posicion monto[1] [0] [0][0] [1] [0][0] [0] [1]

[0.9649] [0.9572] [0.1419][0.1576] [0.4854] [0.4218][0.9706] [0.8003] [0.9157]

Donde BaseDatos es una matriz de celdas.

4 Se crea el archivo excel

xlswrite(nombre archivo.xlsx,BaseDatos,nombre hoja)


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4 Ejercicios


Ejercicios I

1 Guarda una configuracion personal del escritorio de Matlab.Sugerencia: guardalo con tu nombre.

2 Crea un directorio en mis documentos donde guardes todas tusejercicios del curso de Matlab. Sugerencia: apellido matlab.

3 Crea un archivo de texto que contenga todas las sentencias delcommand windows.

4 Crea las siguientes matrices:I A = eye(3), matriz identidadI B = rand(3), matriz cuyos elementos son aleatoriosI C = [2 3 4; 1 0 6; 9 10 5]

5 Importar datos:I Importar la hoja Tasas usando el menu FileI Importar la hoja Variables como una estructuraI Importar todas las hojas como una estructura

6 Exportar datos:


Ejercicios II

I Concatenar la matriz A, B, C en una sola matriz 9x3 llamadaMis Datos

I Agregar los siguientes encabezados: fecha, venta, salarioI Finalmente exportarlo a excel con nombre: Mis Datos tunombre

7 Realiza un check del tipo de variables que tienes en el workspace

8 Guarda todos los elementos del workspace con el nombre de:clase intro nombre.mat


Qu temas estudiaremos en este curso?IntroduccinEl programa MatlabFinanzas en MatlabEl uso del HelpEl entorno de trabajo de MatlabGuardar variables y estados en una sesinGuardar sesin y copiar salidasLneas de comentarios

Importacin y exportacin de datosEjercicios

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