MATLAB程序设计语言6.ppt

MATLAB 程序设计语言,任课教师：李靖 博士(讲师),Email：,研究方向：无线通信,2,Chapter6 数据阵列类型与结构,多维阵列 结构阵列 单元阵列 复杂阵列结构 多维阵列、结构阵列和单元阵列函数,3,6.1 多维阵列,多维阵列 建立多维阵列 多维阵列信息 多维阵列的使用 多维阵列计算 多维阵列的数据组织,4,6.1.1-2 多维阵列及其建立,多维阵列是二维矩阵的推广 多维阵列使用3个以上的下标来访问 多维阵列的建立： 1. 利用下标建立多维阵列； 2. 利用matlab函数产生多维阵列； 3. 利用cat函数建立多维阵列； 4. 用户自己编写M文件产生多维阵列。,5,利用下标建立多维阵列,例6.1 有两个二维矩阵A和B A = B = 1 2 3 11 12 13 4 5 6 14 15 16 可以很容易地构造一个三维矩阵C ： C (：，：，1 ) = A； C (：，：，2 ) = B； 给出： C (：，：，1 )= C (：，：，2 ) = 1 2 3 11 12 13 4 5 6 14 15 16,6,利用matlab函数产生多维阵列,利用rand, randn, ones, zeros产生多维阵列，且在函数调用时指定每一维的尺寸。 例6.2 输入R = randn(3, 4, 2), 给出： R(:,:,1) = 0.4694 -0.6275 -0.2037 1.5929 -0.9036 0.5354 -2.0543 1.0184 0.0359 0.5529 0.1326 -1.5804 R(:,:,2) = -0.0787 -1.2344 0.0558 0.3710 -0.6817 0.2888 -0.3679 0.7283 -1.0246 -0.4293 -0.4650 2.1122 另外，A = ones(4,3,2); B = repmat(3, 3,2,2);,7,利用cat函数建立多维阵列,可将任何两个维数适当的阵列按指定维数进行连接，从而产生更高维阵列 例6.3 A = B = 1 2 5 6 3 4 7 8,C = cat(1, A, B) C = 1 2 3 4 5 6 7 8,C = cat(2, A, B) C = 1 2 5 6 3 4 7 8,C = cat(3, A, B) C(:,:,1) = 1 2 3 4 C(:,:,2) = 5 6 7 8,8,6.1.3 多维阵列信息,ndims 获得多维阵列维数 size 得到阵列各维的尺寸 whos 得到阵列的存储和格式,9,6.1.4 多维阵列的使用(P269),下标访问技术 阵列重新排列 阵列的序列变换,10,6.1.5 多维阵列计算,面向向量的函数： sum, mean, cross 面向元素的函数： 三角函数、指数函数等 (可按对二维阵列的操作方式对多维阵列处理) 算术、逻辑和关系运算符 面向矩阵的函数： 线性代数函数和矩阵函数,11,6.1.6 多维阵列的数据组织,多维阵列可表示两类数据： 表示成二维数据的平面或页，可将页当作矩阵处理； 表示成多变量或多维数据。（例P272）,12,6.2 结构阵列,结构阵列由多个域构成，每个域可以存放各种类型的数据，例如，第一个域为用字符串表示的学生名字，第二个域为用标量表示的学生学号，第三个域为数值矩阵表示的学生成绩。,13,6.2.1 建立结构阵列,利用赋值语句，对结构阵列的各个域进行赋值。 例： = Zhang San; student.number = 001; student.score = 81 79 92 85 94 71;,14,6.2.1 建立结构阵列,利用struct函数建立结构阵列 例： student1 = struct (name, Zhang San, number, 001, score, 81 79 92 85 94 71) 例：ex1.m,15,6.2.2 结构阵列数据的使用,在结构阵列中，利用结构名后的括号指示第n个结构元素，利用句点引出域名指示相应的域。 str = student(1).name; 可采用循环得到多个域的值。 getfield, setfield getfield(student,2,name) student=setfield(student,2, number,003),16,6.2.3 结构阵列应用于函数和操作符,例：mean (student(1).score) ans = 83.6667,17,6.2.4 结构阵列的数据组织(p277),平面组织：结构的每个域是整个图像平面 优点：易扩展到多个平面或图像 缺点：访问平面的子集比较麻烦 元素对元素组织： 优点：方便访问数据的子集 缺点：要采用循环建立结构，且访问平面数 据麻烦,18,6.2.5 结构嵌套,结构嵌套：在结构阵列中，其域值可以是另一个已经定义过 的结构 例： n = cour1, cour2, cour3; r = 88 65 79; student = struct (name, Zhang San, number, 001, course, struct(name,n,score,r) 执行后： student = name: Zhang San number: 001 course: 1x3 struct,19,6.3 单元阵列,Matlab允许将不同类型的阵列组合成一个新的阵列，这一阵列称之为单元阵列。单元阵列中的每个单元可以是标量、向量、矩阵、多维阵列、字符阵列、结构阵列等。(P282 图6.6),20,6.3.1 建立单元阵列,建立单元阵列有两种方法： 使用赋值语句 使用cell函数预分配阵列，然后再对单元赋值,21,利用赋值语句建立单元阵列,使用花括号对单元阵列进行赋值，花括号可以用在赋值语句的左边，也可以用在右边。 A1,1 = 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9; 或 A(1,1) = 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9; A1,2 = Tom; 或 A(1,2) =Tom;,22,利用cell函数定义单元阵列,使用cell函数预分配阵列，然后再对单元赋值 B = cell(2,3) B = B(1,2)=1:4,23,6.3.2 单元阵列数据的使用,利用单元阵列的下标可访问单元阵列元素 A1,1 = 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9; A1,2 = Tom; A2,1 = 3+7*i; A2,2 = -pi:pi/10:pi; c = A2,1 c = 3.0000 + 7.0000i c = A1,1(2,3) c = 6,24,6.3.2 单元阵列数据的使用,从已定义单元阵列中取一部分构成新单元阵列 A2,3 = hello A = 3x3 double Tom 3.0000+ 7.0000i 1x21 double hello B=A(1:2,2:3) B = Tom 1x21 double hello 删除元素 A2,3 = % 删除A中的(2,3)的元素 A(:,3) = % 删除A中的第三列元素,25,6.3.3 利用单元阵列取代变量列表,在花括号中采用”：”操作符指示多个单元，则相当于指示多个独立的单元内容 A1:3 %单元阵列A中第1个到第3个元素 ans = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ans = 3.0000 + 7.0000i ans = Tom D1:2=eig(B) %求矩阵的特征向量和特征值,26,6.3.4 单元阵列应用于函数和操作符,利用下标将函数和操作符应用于单元阵列 m = prod(A1,1) m = 28 80 162 l = (abs(A1,1)=3) l = 0 0 1 1 1 1 0 0 0,27,6.3.5 单元阵列的数据组织,单元阵列对组织具有不同尺寸或类型的数据是非常有用的，它比结构更具包容性，可应用于：(p287) 利用一条语句访问多个数据域 利用逗号间隔的变量表访问数据子集 不具备固定的域名 经常从结构中删除域名,28,6.3.6 嵌套单元阵列,一个单元阵列中可以包含另一个单元阵列，甚至可包含单元阵列的阵列，称之为单元阵列的嵌套 建立单元阵列的嵌套： 嵌套的花括号、cell函数、赋值语句。 例6.4 利用嵌套的花括号建立嵌套单元阵列 例6.5 利用cell函数建立嵌套单元阵列,29,6.3.7 单元阵列与数值阵列之间的变换,采用循环程序实现转换,30,6.4 复杂阵列结构,多维单元阵列 多维结构阵列 结构的单元阵列,31,6.4.1 多维单元阵列,借助cat函数连接产生 A1,1 = 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9; A1,2 = Tom; A2,1 = 3+7*i; A2,2 = -pi:pi/10:pi; B1,1 = hello; B1,2 = 6; B2,1 = 1:3; B2,2 = 2 4;,32,6.4.1 多维单元阵列,C = cat(3, A, B) C(:,:,1) = 3x3 double Tom 3.0000+ 7.0000i 1x21 double C(:,:,2) = hello 6 1x3 double 1x2 double,33,6.4.2 多维结构阵列,直接赋值或cat函数产生 例： student(1,1,1).name = Tom; student(1,1,1).number = 001; student(1,1,1).score = 81 79 92 85 94 71; student(1,1,2).name = Joe; student(1,1,2).number = 003; student(1,1,2).score = 64 77 69 84 76 90;,34,6.4.2 多维结构阵列,student = 1x1x2 struct array with fields: name number score avg = sum(student(1,1,2).score)/6 avg = 76.6667,35,6.4.3 结构的单元阵列,利用单元阵列可将具有不同域结构的结构阵列存储在一起。(P293 图6.10),36,6.5 多维阵列、结构阵列和单元阵列函数,多维阵列函数 结构阵列函数 单元阵列函数,37,6.5.1多维阵列函数,cat ndims ndgrid permute ipermute shiftdim squeeze flipdim,38,cat,功能：连接阵列 格式：C = cat(dim,A,B) C = cat(dim,A1,A2,A3,A4.) 说明： 将输入阵列A,B或A1,A2,A3,A4沿着dim维连接成C阵列。 cat(2,A,B) = A,B cat(1,A,B) = A;B,39,ndims,功能：求阵列维数 格式：n = ndims(A) 说明：ndims(x) = length(size(x).,40,ndgrid,功能：为多维函数和内插产生阵列 格式：X1,X2,X3,. = ndgrid(x1,x2,x3,.) X1,X2,. = ndgrid(x) 说明： 可将由向量x1,x2,x3,指定的域变换成阵列X1,X2,X3,.，用于多变量函数的计算和多维内插。 例6.6,41,permute,功能：多维阵列的序列变换（重新排列） 格式：B = permute(A,order) 说明： 对阵列A按order指定的格式重新排列。 对阵列A，permute(A,2 1)等价于A。 例6.7,42,ipermute,功能：多维阵列的逆序列变换 格式：A = ipermute(B,order) 说明：permute函数逆变换。 例6.8,43,shiftdim,功能：维数移位 格式：B = shiftdim(X,n) B,nshifts = shiftdim(X) 说明：当n为正数时， shiftdim(X,n)将X阵列的维数向左移动n位，最后维回绕至第一维；当n维负数时，将X阵列的维数向右移动n维，并在首维上补零成单点维. B,nshifts = shiftdim(X)可以删去首维开始的单点维。 例6.9,44,squeeze,功能：删除单点维 格式：B = squeeze(A) 说明：删除A阵列中的单点维 例6.10,45,flipdim,功能：阵列沿着指定维翻转 格式：B = flipdim(A,dim) 说明： 沿着dim维翻转 flipdim(A,1)等同于 flipud(A) flipdim(A,2)等同于fliplr(A) 例6.11,46,6.5.2 结构阵列函数,struct fieldnames getfield setfield emfield isfield isstruct,47,struct,功能：建立结构阵列 格式：s = struct(field1,values1,field2,values2,.) 说明：s = struct(field1,values1,field2,values2,.) 可建立具有指定域名及其值的结构阵列，值阵列values1， values2，必须是相同尺寸的单元阵列或标量单元，值阵列中的元素相应地放入结构阵列中。 例：6.12,48,fieldnames,功能：获取结构名 格式：f = fieldnames(s) 说明：names = fieldnames(s)可得到结构阵列s的域名，其结构names为一单位阵列。 例6.13,49,getfield,功能：获取结构阵列的域值。 格式：f = getfield(s,field) f = getfield(s,i,j,field,k) 说明：f = getfield(s,field)可获得结构阵列s中指定域的域值，这实际上等效于 f s.field。 f = getfield(s,i,j,field,k)可获得结构阵列s中指定域的域值，这等价于 f s（i, j）.field(k)。 例6.14,50,setfield,功能：设置结构阵列的域值 格式：s = setfield(s,field,v) s = setfield(s,i,j,field,k,v) 说明：s = setfield(s,field,v)可将s中指定域的内容设置成v，这等效于s.field = v。 s = setfield(s,i,j,field,k,v)也可将s中指定域的内容设置成v，这等效于s(i,j).field(k)v 例6.15,51,rmfield,功能：删除结构阵列中的域 格式：s = rmfield(s,field) s = rmfield(s,FIELDS) 说明：s = rmfield(s,field)可从结构阵列s中删除指定的域； s = rmfield(s,FIELDS)可一次删除s中的多个域，其中FIELDS为指定域名的字符阵列或字符串的单元阵列。,52,isfield,功能：检测到结构阵列的域名时为逻辑真 格式：tf = isfield(A,field) 说明：tf = isfield(A,field)中， 当指定的field是s的域名时，k为逻辑真（其值为1）。 例6.16,53,isstruct,功能：检测到结构阵列时为逻辑真。 格式：tf = isstruct(A) 说明：tf = isstruct(A)中，当s为结构阵列时，k为逻辑真。,54,6.5.3 单元阵列函数,cell celldisp cellplot num2cell struct2cell iscell cellstr deal,55,cell,功能：建立单元阵列 格式：c = cell(n) c = cell(m,n) or c = cell(m n) c = cell(m,n,p,.) or c = cell(m n p .) c = cell(size(A) 说明： c = cell(n)可产生nn的空单元阵列，当n为非标量时，MATLAB给出出错信息。 c = cell(m,n) 和 c = cell(m n)可产生mn的空单元阵列，变量m，n也必须为标量。 c = cell(m,n,p,.) 和c = cell(m n p .)可产生mnp维的空单元阵列。 c = cell(size(A)可产生与A同维的空单元阵列。,56,celldisp,功能：显示单元阵列内容 格式：celldisp(C) 说明：celldisp(C)可显示出单元阵列c的内容。 例6.18,57,cellplot,功能：以图形方式显示出单元阵列的结构 格式：cellplot(c) cellplot(c,legend) handles = cellplot(.) 说明：cellplot(c)可以以图形形式表示c的内容，填充了颜色的方块用于表示阵列和向量的元素，标量和短的文本字串则会直接进行显示。 cellplot(c,legend)中，还可以在单元阵列图的右边，给出图例文本。 handles = cellplot(c)，可在画出单元阵列图之外，还得 得到了图形句柄。,58,num2cell,功能：数值阵列变换单元阵列。 格式：c = num2cell(A) c = num2cell(A,dims) 说明：c = num2cell(A)可将阵列A的元素放入相应单元阵列c的位置，c的尺寸与A的相同。 c = num2cell(A,dims)可将阵列A放入单元阵列c，并将指定维dim放入独立的单元。 例6.19,59,cell2struct,功能：单元阵列变换成结构阵列 格式：s = cell2struct(c,fields,dim) 说明：s = cell2struct(c,fields,dim)可将单元阵列的指定维转变成域名维fields的结构s，因此c在dim维的长度必须与域名的数目相同。变量fields可以是字符阵列，也可以是字符的单元阵列。 例6.20,60,struct2cell,功能：结构阵列变换成单元阵列 格式：c = struct2cell(s) 说明：将mn结构s(有p个域)变换成pmn单元阵列c。若s多维，则c具有尺寸p size(s) 例6.21,61,iscell,功能：检测到单元阵列时为逻辑真 格式：tf = iscell(A) 说明：当A为单元阵列时，tf为逻辑真。,62,cellstr,功能：从字符阵列中建立单元阵列 格式：c = cellstr(S) 说明：将字符阵列s中的每一行放入c的独立单元中，从而构成单元阵列c。 例6.22,63,deal,功能：输入分配给输出 格式：Y1,Y2,Y3,. = deal(X) Y1,Y2,Y3,. = deal(X1,X2,X3,.) 说明： Y1,Y2,Y3,. = deal(X)将单输入分配为每一个输出，即Y1=X, Y2=X, Y3=X, Y1,Y2,Y3,. = deal(X1,X2,X3,.)等同于Y1=X1, Y2=X2, Y3=X3, 例6.23,The end,65,例6.4 利用嵌套的花括号建立嵌套单元阵列,A(1,1) = magic(5) A(1,2) = layer 2 1 2; 3 4; -pi pi layer 3 1; A A = 5x5 double 2x2 cell A1,2 ans= layer 2 2x2 double 1x2 double 1x2 cell A1,22,2 ans= layer 3 1,返回,66,例6.5 利用cell函数建立嵌套单元阵列,A = cell(1,2)； A(1,1) = magic(4)； A(1,2) = cell(2,2)； A1,2(1,1) = layer 2; A1,2(1,2) = 1 2; 3 4; A1,2(2,1) = -pi pi; A1,2(2,2) = layer 3 1; 结果同例6.4,返回,67,例6.6 ndgrid,例6.6 计算函数 在 ， 上的值。 X1,X2 = ndgrid(-2:.4:2, -2:.4:2); Z = X1 .* exp(-X1.2 - X2.2); mesh(Z);,返回,68,例6.7 permute,例6.7.1 A = 1 2; 3 4; permute(A,2 1) ans = 1 3 2 4 例6.7.2 X = rand(12,13,14); Y = permute(X,2 3 1); size(Y) ans = 13 14 12,返回,69,例6.8 ipermute,a = cat(3, eye(2), 2*eye(2), 3*eye(2) a(:,:,1) = a(:,:,2) = a(:,:,3) = 1 0 2 0 3 0 0 1 0 2 0 3 B = permute(a,3 2 1); C = ipermute(B,3 2 1); isequal(a,C) ans= 1,返回,70,例6.9 shiftdim,例6.9 a = rand(1,1,3,1,2); b,n = shiftdim(a); % b是312维且n=2. c = shiftdim(b,-n); % c = a. d = shiftdim(a,3); % d是12113维.,返回,71,例6.10 squeeze,Y = rand(2,1,3)； Y = Y(:,:,1) = Y(:,:,2) = Y(:,:,3) = 0.5194 0.0346 0.5297 0.8310 0.0535 0.6711 Z = squeeze(Y)； Z = 0.5194 0.0346 0.5297 0.8310 0.0535 0.6711,返回,72,例6.11 flipdim,A = 1 4 2 5 3 6 flipdim(A,1) = 3 6 2 5 1 4,返回,73,例6.12 struct,s = struct(type,big,little,color,red,x,3 4) 这时可得到一个结构阵列S s = 1x2 struct array with fields: type color x 这说明S阵列有三个域（type, color, x），有两个结构元素，可输入： s(1) s(2) ans = ans = type: big type: little color: red color: red x: 3 x:4,返回,74,例6.13 fieldnames,mystr(1,1).name = alice; mystr(1,1).ID = 0； mystr(2,1).name = gertrude; mystr(2,1).ID = 1; n = fieldnames(mystr) n = name ID,返回,75,例6.14 getfield,给定结构 mystr(1,1).name = alice; mystr(1,1).ID = 0; mystr(2,1).name = gertrude; mystr(2,1).ID = 1 然后输入：f = getfield(mystr,2,1,name) f = gertrude 为列出name域的所有内容，可采用循环程序： for k = 1:2 namek = getfield(mystr,k,1,name); end name name = alice gertrude,返回,76,例6.15 setfield,给定结构： mystr(1,1).name = alice; mystr(1,1).ID = 0; mystr(2,1).name = gertrude; mystr(2,1).ID = 1; 然后输入： mystr = setfield(mystr,2,1,name,ted); mystr(2,1).name ans = ted,返回,77,例6.16 isfield,给定结构 = John Doe; patient.billing = 127.00; patient.test = 79 75 73; 180 178 177.5; 220 210 205; 然后 isfield(patient,billing) ans = 1,返回,78,例6.18 celldisp,C = 1 2 Tony 3+4i; 1 2;3 4 -5 abc; celldisp(C) C1,1 = 1 2 C2,1 = 1 2 3 4 C1,2 = Tony C2,2 = -5 C1,3 = 3.0000+ 4.0000i C2,3 = abc,返回,79,例6.19 num2cel,A = fix(20*rand(4,4) A = 19 17 16 18 4 15 8 14 12 9 12 3 9 0 15 8 c = num2cell(A) c = 19 17 16 18 4 15 8 14 12 9 12 3 9 0 15 8