MATLAB教案.ch04.字符串数组、元胞数组和构架数组.doc

4 字符串数组、元胞数组和构架数组4.1 字符串数组4.1.1 字符串入门【*例4.1.1-1】先请读者实际操作本例，以体会数值量与字符串的区别。clear%清除所有内存变量a=12345.6789%给变量a赋数值标量class(a)%对变量a的类别进行判断 a_s=size(a)%数值数组a的“大小” a = 1.2346e+004ans =doublea_s = 1 1 b=S %给变量b赋字符标量（即单个字符）class(b)%对变量b的类别进行判断 b_s=size(b)%符号数组b的“大小” b =Sans =charb_s = 1 1 whos%观察变量a,b在内存中所占字节 Name Size Bytes Class a 1x1 8 double array a_s 1x2 16 double array ans 1x4 8 char array b 1x1 2 char array b_s 1x2 16 double arrayGrand total is 10 elements using 50 bytes 4.1.2 串数组的属性和标识【*例4.1.2-1】本例演示：串的基本属性、标识和简单操作。（1）创建串数组a=This is an example. a =This is an example. （2）串数组a的大小size(a) ans = 1 19 （3）串数组的元素标识a14=a(1:4)%提出一个子字符串 ra=a(end:-1:1)%字符串的倒排 a14 =Thisra =.elpmaxe na si sihT （4）串数组的ASCII码ascii_a=double(a)%产生ASCII码 ascii_a = Columns 1 through 12 84 104 105 115 32 105 115 32 97 110 32 101 Columns 13 through 19 120 97 109 112 108 101 46 char(ascii_a)%把ASCII码变回字符串 ans =This is an example. （5）对字符串ASCII码数组的操作%使字符串中字母全部大写w=find(a=a&a=z);%找出串数组a中，小写字母的元素位置。ascii_a(w)=ascii_a(w)-32;%大小写字母ASCII值差32.用数值加法改变部分码值。char(ascii_a)%把新的ASCII码翻成字符 ans =THIS IS AN EXAMPLE. （6）中文字符串数组A=这是一个算例。;%创建中文字符串 A_s=size(A)%串数组的大小 A56=A(5 6)%取串的子数组 ASCII_A=double(A)%获取ASCII码 A_s = 1 7A56 =算例ASCII_A = Columns 1 through 6 54754 51911 53947 47350 52195 49405 Column 7 41379 char(ASCII_A)%把ASCII码翻译成字符 ans =这是一个算例。 （7）创建带单引号的字符串b=Example 4.1.2-1 b =Example 4.1.2-1 （8）由小串构成长串ab=a(1:7), ,b, .%这里第2个输入为空格串 ab =This is Example 4.1.2-1 . 4.1.3 复杂串数组的创建 多行串数组的直接创建【*例-1】多行串数组的直接输入示例。clearS=This string array has multiple rows. S =This string array has multiple rows. size(S) ans =2 18 利用串操作函数创建多行串数组【*例-1】演示：用专门函数char , str2mat , strvcat创建多行串数组示例。S1=char(This string array,has two rows.) S1 =This string arrayhas two rows. S2=str2mat(这,字符,串数组,由4行组成) S2 =这 字符 串数组 由4行组成 S3=strvcat(这,字符,串数组, ,由4行组成)%“空串”会产生一个空格行 S3 =这 字符 串数组 由4行组成 size(S3) ans = 5 5 转换函数产生数码字符串【*例-1】最常用的数组/字符串转换函数int2str , num2str , mat2str 示例。（1）int2str把整数数组转换成串数组（非整数将被四舍五入园整后再转换）A=eye(2,4);%生成一个数值数组 A_str1=int2str(A)%转换成串数组。请读者自己用size检验。 A_str1 =1 0 0 00 1 0 0 （2）num2str把非整数数组转换为串数组（常用于图形中，数据点的标识）rand(state,0)B=rand(2,4); %生成数值矩阵B3=num2str(B,3)%保持3位有效数字，转换为串 B3 = 0.95 0.607 0.891 0.4560.231 0.486 0.762 0.0185 （3）mat2str把数值数组转换成输入形态的串数组（常与eval指令配用）B_str=mat2str(B,4)%保持4位有效数字，转换为“数组输入形式”串 B_str =0.9501 0.6068 0.8913 0.4565;0.2311 0.486 0.7621 0.0185 Expression=exp(-,B_str,);%相当于指令窗写一个表达式exp(-B_str)eval(Expression)%把exp(-B_str)送去执行 ans = 0.3867 0.5451 0.4101 0.6335 0.7937 0.6151 0.4667 0.9817 【*例-2】综合例题：在MATLAB计算生成的图形上标出图名和最大值点坐标。clear%清除内存中的所有变量a=2;%设置衰减系数w=3;%设置振荡频率t=0:0.01:10;%取自变量采样数组y=exp(-a*t).*sin(w*t);%计算函数值，产生函数数组y_max,i_max=max(y);%找最大值元素位置t_text=t=,num2str(t(i_max);%生成最大值点的横坐标字符串y_text=y=,num2str(y_max);%生成最大值点的纵坐标字符串max_text=char(maximum,t_text,y_text);%生成标志最大值点的字符串%生成标志图名用的字符串tit=y=exp(-,num2str(a),t)*sin(,num2str(w),t);%plot(t,zeros(size(t),k)%画纵坐标为0的基准线hold on%保持绘制的线不被清除plot(t,y,b)%用兰色画y(t)曲线plot(t(i_max),y_max,r.,MarkerSize,20)%用大红点标最大值点text(t(i_max)+0.3,y_max+0.05,max_text)%在图上书写最大值点的数据值title(tit),xlabel(t),ylabel(y),hold off%书写图名、横坐标名、纵坐标名 图 -1 字符串运用示意图 利用元胞数组创建复杂字符串【*例-1】元胞数组在存放和操作字符串上的应用。a=MATLAB 5 ;b=introduces new data types:;%创建单行字符串a,bc1=Multidimensional array;c2=User-definable data structure;c3=Cell arrays;c4=Character array;c=char(c1,c2,c3,c4);%创建多行字符串cC=a;b;c;%利用元胞数组存放长短不同的字符串disp(C1:2)%显示前两个元胞中的字符内容disp( )%显示一行空白disp(C3)%显示第3个元胞中的字符内容 MATLAB 5 introduces new data types: Multidimensional array User-definable data structureCell arrays Character array 4.1.4 串转换函数【*例4.1.4-1】fprintf, sprintf, sscanf的用法示例。rand(state,0);a=rand(2,2);%产生随机阵s1=num2str(a)%把数值数组转换为串数组s_s=sprintf(%.10en,a)%10数位科学记述串,每写一个元素就换行。 s1 =0.95013 0.606840.23114 0.48598s_s =9.5012928515e-0012.3113851357e-0016.0684258354e-0014.8598246871e-001 fprintf(%.5g,a)%以5位数位最短形式显示。不能赋值用 0.950130.231140.606840.48598 s_sscan=sscanf(s_s,%f,3,2)%浮点格式把串转换成成数值数组。 s_sscan = 0.9501 0.4860 0.2311 0 0.6068 0 4.1.5 串操作函数4.2 元胞数组4.2.1 元胞数组的创建和显示 元胞标识寻访和内容编址寻访的不同 元胞数组的创建和显示【*例 -1】本例演示：元胞数组的创建。C_str=char(这是,元胞数组创建算例 1);%产生字符串R=reshape(1:9,3,3);%产生实数阵RCn=1+2i;%产生复数标量S_sym=sym(sin(-3*t)*exp(-t);%产生符号函数量 （1）直接创建法之一：“外标识元胞元素赋值法”A(1,1)=C_str;A(1,2)=R;A(2,1)=Cn;A(2,2)=S_sym;A %显示元胞数组 A = 2x10 char 3x3 double 1.0000+ 2.0000i 1x1 sym （2）直接创建法之二：“编址元胞元素内涵的直接赋值法”B1,1=C_str;B1,2=R;B2,1=Cn;B2,2=S_sym;celldisp(B)%显示元胞数组内容 B1,1 =这是 元胞数组创建算例 1B2,1 = 1.0000 + 2.0000iB1,2 = 1 4 7 2 5 8 3 6 9B2,2 =-sin(3*t)*exp(-t) 4.2.2 元胞数组的扩充、收缩和重组【*例4.2.2-1】元胞数组的扩充。（1）利用cell指令创建元胞数组C=cell(2);%预设空元胞数组 C(:,1)=char(Another,text string);10:-1:1 %对第一列元胞赋值 C = 2x11 char 1x10 double （2）元胞数组的“列”扩充和“行”扩充AC=A C%空格（或逗号）利用来分隔列 A_C=A;C%分号利用来分隔“行” AC = 2x10 char 3x3 double 2x11 char 1.0000+ 2.0000i 1x1 sym 1x10 double A_C = 2x10 char 3x3 double 1.0000+ 2.0000i 1x1 sym 2x11 char 1x10 double 【*例4.2.2-2】cellplot能用图形形象化地表示元胞数组的内容。（A_C取自上例）cellplot(A_C,legend) 图 4.2.2-1 元胞数组A_C的形象化结构图【*例4.2.2-3】元胞数组的收缩和重组。（1）元胞数组的收缩A_C(3,:)=%删除第3行，使A_C成为的元胞数组 A_C = 2x10 char 3x3 double 1.0000+ 2.0000i 1x1 sym 1x10 double （2）把A_C重组成元胞数组R_A_CR_A_C=reshape(A_C,2,3) R_A_C = 2x10 char 1x10 double 1x1 sym1.0000+ 2.0000i 3x3 double 4.2.3 元胞数组内容的调取【*例4.2.3-1】元胞数组内容的调取示例。（1）取一个元胞f1=R_A_C(1,3)%使用园括号寻访得到的是元胞，而不仅是内容。 class(f1) f1 = 1x1 symans =cell （2）取一个元胞的内容f2=R_A_C1,3%用花括号寻访取得内容 class(f2) f2 =sin(-3*t)*exp(-t)ans =sym （3）取元胞内的子数组f3=R_A_C1,1(:,1 2 5 6)%注意三种括号的不同用途%取第1行第1列元胞内容中的第1、2、5、6列。 f3 =这是 元胞创建 （4）同时调取多个元胞内容f4,f5,f6=deal(R_A_C1,3,4)%取三个元胞内容，赋值给三个变量 f4 =这是 元胞数组创建算例 1f5 = 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1f6 = 1 4 7 2 5 8 3 6 9 4.3 构架数组4.3.1 构架数组的创建和显示 直接创建法及显示【*例-1】本例通过温室数据（包括温室名、容积、温度、湿度等）演示：单构架的创建和显示。（1）直接对域赋值法产生“单构架”，即构架数组。green_=一号房;%构架的域由（构架名）.（域名）标识。 green_house.volume=2000立方米;%green_house.parameter.temperature=31.2 30.4 31.6 28.729.7 31.1 30.9 29.6;%green_house.parameter.humidity=62.1 59.5 57.7 61.5 62.0 61.9 59.2 57.5;% （2）显示“单构架”结构和内容green_house%显示单构架结构 green_house = name: 一号房 volume: 2000立方米 parameter: 1x1 struct green_house.parameter%显示parameter域中内容 ans = temperature: 2x4 double humidity: 2x4 double green_house.parameter.temperature%显示temperature域中的内容 ans = 31.2000 30.4000 31.6000 28.7000 29.7000 31.1000 30.9000 29.6000 【*例-2】本例演示构架数组的创建和显示，并利用构架数组保存一个温室群的数据。本例的运行以例-1为先导。（1）直接对域赋值法“构架数组”。green_house(2,3).name=六号房;%产生构架数组（2）显示构架数组的结构和构架元素的内容green_house%显示构架数组的结构：构架行列数；构架的域。 green_house = 2x3 struct array with fields: name volume parameter green_house(2,3)%显示元素构架的结构：域；是否有子域 ans = name: 六号房 volume: parameter: 利用构造函数创建构架数组【*例-1】利用构造函数struct，建立温室群的数据库。（1）struct预建空构架数组方法之一a=cell(2,3);%创建空元胞数组green_house_1=struct(name,a,volume,a,parameter,a(1,2)% green_house_1 = 2x3 struct array with fields: name volume parameter （2）struct预建空构架数组方法之二green_house_2=struct(name,a,volume,parameter,)% green_house_2 = 2x3 struct array with fields: name volumeparameter （3）struct预建空构架数组方法之三green_hopuse_3(2,3)=struct(name,volume,parameter,)% green_hopuse_3 = 2x3 struct array with fields: name volume parameter （4）struct创建构架数组方法之四a1=六号房;a2=3200立方米;green_house_4(2,3)=struct(name,a1,volume,a2,parameter,);%T6=31.2,30.4,31.6,28.7;29.7,31.1,30.9,29.6;% green_house_4(2,3).parameter.temperature=T6;% green_house_4 ans = 2x3 struct array with fields: name volume parameter 4.3.2 构架数组域中内容的调取和设置【*例4.3.2-1】本例目的：一，演示函数fieldnames , getfield , setfield的使用方法；二，让读者感受到构架数组对应用工具包的影响；三，演示struct函数把“对象”转换为构架的应用。本例为获得一个演练的构架，借助Toolbox control 工具包中的tf函数，先产生一个用传递函数描写的LTI线性时不变2输入2输出系统。（1）产生2输入2输出系统的传递函数阵“对象”Stf=tf(3,2;4 1,1,1 3 2,1 1 1;1 2 2 1,1 0) Transfer function from input 1 to output. 3 #1: - s2 + 3 s + 2 4 s + 1 #2: - s3 + 2 s2 + 2 s + 1 Transfer function from input 2 to output. 2 #1: - s2 + s + 1 1 #2: - s （2）为本例演示，把上述的LTI对象Stf转换为构架SSTF=struct(Stf)%把对象转换成构架，并显示构架的组成 SSTF = num: 2x2 cell den: 2x2 cell Variable: s lti: 1x1 lti （3）获得构架数组SSTF的域名FN=fieldnames(SSTF)%获得域名元胞数组FNclass(FN)%检查FN的类别 FN = num den Variable ltians =cell （4）获取SSTF.den(2,1)域的内容FC=getfield(SSTF,den,2,1)%相当于FC=SSFT.den(2,1)FC1%与celldisp(FC)的作用大致相当poly2str(FC1,s),%为了把多项式显示成习惯的形式 FC = 1x4 doubleans = 1 2 2 1ans = s3 + 2 s2 + 2 s + 1 （5）重新设置SSTF.num(2,1)域的内容SSTF.num2,1%显示原始情况SSTF=setfield(SSTF,num,2,1,1 3 1);%注意“花括号”的使用SSTF.num2,1%显示被重新设置后的情况 ans = 0 0 4 1ans = 1 3 1 4.3.3 构架数组操作深入 构架数组的扩充和收缩【*例-1】本例演示构架数组SSTF的扩充和收缩。（本例以例4.3.2-1的运行为基础。）（1）原构架是一个“单构架”size(SSTF) ans = 1 1 （2）演示构架的扩充SSTF(2,2)=struct(tf(1,1 1)%把1/(s+1)放在第2行第2列构架中size(SSTF) SSTF = 2x2 struct array with fields: num den Variable ltians = 2 2 （3）演示构架数组的收缩：删除构架数组的第1行SSTF(1,:)=%收缩成为的构架S22n=SSTF(1,2).num,S22d=SSTF(1,2).den%取出第2构架num域和den域的内容printsys(S22n1,S22d1)%显示成习惯的表达形式 SSTF = 1x2 struct array with fields: num den Variable ltiS22n = 1x2 doubleS22d = 1x2 double num/den = 1 - s + 1 增添域和删除域【*例-1】对构架数组进行域的增添和删减操作。（1）创建构架数组clear,for k=1:10;department(k).number=No.,int2str(k);enddepartment department = 1x10 struct array with fields: number （2）增添域：在数组中任何一个构架上进行的域增添操作，其影响遍及整个构架数组。department(1).teacher=40;department(1).student=300;department(1).PC_computer=40;department department = 1x10 struct array with fields: number teacher student PC_computer （3）增添子域的操作只影响被操作的那个具体构架，而不是影响整个构架数组。department(2).teacher.male=35;department(2).teacher.female=13;D2T=department(2).teacher%第2构架teacher域包含两个子域D1T=department(1).teacher%第1构架teacher域仅是一个数 D2T = male: 35 female: 13D1T = 40 （4）删除子域的操作也只影响被操作的那个具体构架。department(2).teacher=rmfield(department(2).teacher,male);department(2).teacher ans = female: 13 （5）删除域的操作是对整个构架数组实施的。department=rmfield(department,student)%删除一个域 department = 1x10 struct array with fields: number teacher PC_computer department=rmfield(department,teacher;PC_computer)%删除2个域 department = 1x10 struct array with fields: number 数值运算操作和函数对构架数组的应用【*例-1】数值运算操作和函数在构架域上的作用。n_ex=5;%构架数组的长度for k=1:n_ex,ex(k).f=(k-1)*n_ex+1:5;end%创建构架数组 ex%显示构架数组的结构 ex = 1x5 struct array with fields: f %显示构架数组的域中内容disp(blanks(10) 构架域中内容)for k=1:n_ex,disp(ex(k).f),end 构架域中内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 class(ex(1).f)%检查域中内容的类型 ans =double %对各构架域中数值数组相应位置的数据相加求和sum_f=zeros(1,5)for k=1:n_ex,sum_f=sum_f+ex(k).f;end,sum_f sum_f = 55 60 65 70 75 %对构架数组域中各元素分别求平方根disp(blanks(20) ex.f的平方根值)for k=1:n_ex,disp(sqrt(ex(k).f),end ex.f的平方根值 1.0000 1.4142 1.7321 2.0000 2.2361 2.4495 2.6458 2.8284 3.0000 3.1623 3.3166 3.4641 3.6056 3.7417 3.8730 4.0000 4.1231 4.2426 4.3589 4.47214.5826 4.6904 4.7958 4.8990 5.0000 4.3.4 构架数组和元胞数组之间的转换【*例4.3.4-1】指令struct2cell和cell2struct的使用。（1）创建“带2个域的构架数组”for k=1:5,ex(k).s=No. int2str(k);ex(k).f=(k-1)*5+1:5;end （2）显示构架数组的内容fprintf(%sn,ex.s域的内容 );fprintf(%s,blanks(4)for k=1:5;fprintf(%s,ex(k).s blanks(1);endfprintf(%sn,blanks(1),fprintf(%sn,ex.f域的内容 )for k=1:5;disp(ex(k).f);end%显示ex.f域内容 ex.s域的内容 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 ex.f域的内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 （3）把ex构架数组转换为元胞数组C_ex=struct2cell(ex);%“带2个域的构架数组”转换为元胞数组size(C_ex)fprintf(%s,C_ex1,1,1,blanks(3)%显示C_ex第1页第1行第1列内容fprintf(%5g,C_ex2,1,1)%显示C_ex第2页第1行第1列内容 ans = 2 1 5No.1 1 2 3 4 5 （4）把元胞数组转换为构架数组之一FS=S_cha