实验三MATLAB字符串元胞和构架数组.docx
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实验三MATLAB字符串元胞和构架数组
实验三字符串、元胞和构架数组
MATLAB6.x版的内建数据类型（Built-indatatype）就有5种以上，此外还有许多其他专门设计的类（Class），如符号类、内联函数类、控制工具包中的线性时不变模型类、神经网络类等。
就程序设计而言，MATLAB6.x版采用了面向对象编程技术。
数据和编程的改变使用户能更简捷而自然地解决复杂的计算问题（如符号计算问题、多变量控制系统问题、神经网络问题）。
本章内容根据MATLAB6.5编写，但绝大部分内容适用于其他MATLAB6.x版本。
第二章介绍了数值数组（NumericArray），这是读者比较熟悉的数据类型。
本章将集中讲述另外三类数据：
字符串数组（CharacterStringArray）、元胞数组（Cellarray）和构架数组（Structurearray）。
它们之间的基本差别见表3-1。
表3-1四种数据类型基本构成比较表
数组类型
基本组分
组分内涵
基本组分占用字节数
数值数组
元素
双精度实数标量
或双精度复数标量
8
16
字符串数组
元素
字符
2
元胞数组
元胞
可以存放任何类型、任何大小的数据。
不定
构架数组
构架
只有挂接在构架上的“域”才能存放数据。
数据可以是任何类型、任何大小。
不定
3.1字符串数组
3.1.1字符串入门
【例3.1.1-1】先请读者实际操作本例，以体会数值量与字符串的区别。
clear
a=12345.6789
class（a）
a_s=size（a）
b='S'
class（b）
b_s=size（b）
whos
3.1.2串数组的属性和标识
【例3.1.2-1】本例演示：
串的基本属性、标识和简单操作。
（1）
a='Thisisanexample.'
（2）
size（a）
（3）
a14=a（1:
4）
ra=a（end:
-1:
1）
（4）
ascii_a=double（a）
char（ascii_a）
（5）
w=find（a>='a'&a<='z'）;
ascii_a（w）=ascii_a（w）-32;
char（ascii_a）
（6）
A='这是一个算例。
';
A_s=size（A）
A56=A（[56]）
ASCII_A=double（A）
char（ASCII_A）
（7）
b='Example''3.1.2-1'''
（8）
ab=[a（1:
7）,'',b,'.']
3.1.3复杂串数组的创建
3.1.3.1多行串数组的直接创建
【例3.1.3.1-1】多行串数组的直接输入示例。
clear
S=['Thisstringarray'
'hasmultiplerows.']
size（S）
3.1.3.2利用串操作函数创建多行串数组
【例3.1.3.2-1】演示：
用专门函数char,str2mat,strvcat创建多行串数组示例。
S1=char（'Thisstringarray','hastworows.'）
S2=str2mat（'这','字符','串数组','','由4行组成'）
S3=strvcat（'这','字符','串数组','','由4行组成'）
size（S3）
3.1.3.3转换函数产生数码字符串
【例3.1.3.3-1】最常用的数组/字符串转换函数int2str,num2str,mat2str示例。
（1）
A=eye（2,4）;
A_str1=int2str（A）
（2）
rand（'state',0）
B=rand（2,4）;
B3=num2str（B,3）
（3）
B_str=mat2str（B,4）
Expression=['exp（-',B_str,'）'];
eval（Expression）
【例3.1.3.3-2】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
a=2;
w=3;
t=0:
0.01:
10;
y=exp（-a*t）.*sin（w*t）;
[y_max,i_max]=max（y）;
t_text=['t=',num2str（t（i_max））];%<7>
y_text=['y=',num2str（y_max）];%<8>
max_text=char（'maximum',t_text,y_text）;%<9>
%
tit=['y=exp（-',num2str（a）,'t）*sin（',num2str（w）,'t）'];%<11>
plot（t,zeros（size（t））,'k'）
holdon
plot（t,y,'b'）
plot（t（i_max）,y_max,'r.','MarkerSize',20）
text（t（i_max）+0.3,y_max+0.05,max_text）%<16>
title（tit）,xlabel（'t'）,ylabel（'y'）,holdoff
图3.1-1
3.1.3.4利用元胞数组创建复杂字符串
【例3.1.3.4-1】元胞数组在存放和操作字符串上的应用。
a='MATLAB6.x';b='includesnewdatatypes:
';
c1='◆Multidimensionalarray';c2='◆User-definabledatastructure';
c3='◆Cellarrays';c4='◆Characterarray';
c5='◆Functionhandle';
c=char（c1,c2,c3,c4,c5）;
C={a;b;c};%<5>
disp（[C{1:
2}]）%<6>
disp（''）%
disp（C{3}）%<8>
3.1.4串转换函数
【例3.1.4-1】fprintf,sprintf,sscanf的用法示例。
rand（'state',0）;a=rand（2,2）;
s1=num2str（a）
s_s=sprintf（'%.10e\n',a）
fprintf（'%.5g\\',a）
s_sscan=sscanf（s_s,'%f',[3,2]）
3.1.5串操作函数
3.2元胞数组
3.2.1元胞数组的创建和显示
3.2.1.1元胞标识寻访和内容编址寻访的不同
3.2.1.2元胞数组的创建和显示
【例3.2.1.2-1】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'）;
R=reshape（1:
9,3,3）;
Cn=[1+2i];
S_sym=sym（'sin（-3*t）*exp（-t）'）;
（1）直接创建法之一
A（1,1）={C_str};A（1,2）={R};A（2,1）={Cn};A（2,2）={S_sym};
A
（2）直接创建法之二
B{1,1}=C_str;B{1,2}=R;B{2,1}=Cn;B{2,2}=S_sym;
celldisp（B）
3.2.2元胞数组的扩充、收缩和重组
【例3.2.2-1】元胞数组的扩充。
（1）
C=cell
（2）;
C（:
1）={char（'Another','textstring'）;10:
-1:
1}
（2）
AC=[AC]
A_C=[A;C]
【例3.2.2-2】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3.2-1
【例3.2.2-3】元胞数组的收缩和重组。
（1）
A_C（3,:
）=[]
（2）
R_A_C=reshape（A_C,2,3）
3.2.3元胞数组内容的调取
【例3.2.3-1】元胞数组内容的调取示例。
（1）
f1=R_A_C（1,3）
class（f1）
（2）
f2=R_A_C{1,3}
class（f2）
（3）
f3=R_A_C{1,1}（:
[1256]）
（4）
[f4,f5,f6]=deal（R_A_C{[1,3,4]}）
3.2.4元胞数组转换函数
【例3.2.4-1】常用元胞数组转换函示例。
（1）num2cell把数值数组转换成元胞数组
rand（'state',0）;
A=rand（2,3,2）
C1=num2cell（A）
C2=num2cell（A,1）
C3=num2cell（A,[2,3]）
（2）
clear,x=zeros（4,5）;
x（:
）=1:
20
C4=mat2cell（x,[22],[32]）
celldisp（C4）
（3）
D=cell2mat（C4（1,:
））
3.3构架数组
3.3.1构架数组的创建和显示
3.3.1.1直接创建法及显示
【例3.3.1.1-1】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）
green_house.name='一号房';%<1>
green_house.volume='2000立方米';%<2>
green_house.parameter.temperature=[31.230.431.628.7
29.731.130.929.6];%<3>
green_house.parameter.humidity=[62.159.557.761.5
62.061.959.257.5];%<4>
（2）显示“单构架”结构和内容
green_house%<5>
green_house.parameter%<6>
green_house.parameter.temperature%<7>
【例3.3.1.1-2】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3.3.1.1-1为先导。
（1）
green_house（2,3）.name='六号房';%<1>
（2）
green_house%<2>
green_house（2,3）%<3>
3.3.1.2利用构造函数创建构架数组
【例3.3.1.2-1】利用构造函数struct，建立温室群的数据库。
（1）
a=cell（2,3）;
green_house_1=struct（'name',a,'volume',a,'parameter',a（1,2））%<2>
（2）
green_house_2=struct（'name',a,'volume',[],'parameter',[]）%<3>
（3）
green_hopuse_3（2,3）=struct（'name',[],'volume',[],'parameter',[]）%<4>
（4）
a1={'六号房'};a2={'3200立方米'};
green_house_4（2,3）=struct（'name',a1,'volume',a2,'parameter',[]）;%<6>
T6=[31.2,30.4,31.6,28.7;29.7,31.1,30.9,29.6];%<7>
green_house_4（2,3）.parameter.temperature=T6;%<8>
green_house_4
3.3.2构架数组域中内容的调取和设置
【例3.3.2-1】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Toolboxcontrol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）
Stf=tf（{3,2;[41],1},{[132],[111];[1221],[10]}）
（2）
SSTF=struct（Stf）
（3）
FN=fieldnames（SSTF）
class（FN）
（4）
FC=getfield（SSTF,'den',{2,1}）
FC{1}
poly2str（FC{1},'s'）
（5）
SSTF.num{2,1}
SSTF=setfield（SSTF,'num',{2,1},{[131]}）;
SSTF.num{2,1}
3.3.3构架数组操作深入
3.3.3.1构架数组的扩充和收缩
【例3.3.3.1-1】本例演示构架数组SSTF的扩充和收缩。
（本例以例3.3.2-1的运行为基础。
）
（1）
size（SSTF）
（2）
SSTF（2,2）=struct（tf（1,[11]））
size（SSTF）
（3）
SSTF（1,:
）=[]
S22n=SSTF（1,2）.num,S22d=SSTF（1,2）.den
printsys（S22n{1},S22d{1}）
3.3.3.2增添域和删除域
【例3.3.3.2-1】对构架数组green_house进行域的增添和删减操作。
（1）
clear,fork=1:
10;department（k）.number=['No.',int2str（k）];end
department
（2）
department
（1）.teacher=40;department
（1）.student=300;
department
（1）.PC_computer=40;
department
（3）
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
（4）
department
（2）.teacher=rmfield（department
（2）.teacher,'male'）;
department
（2）.teacher
（5）
department=rmfield（department,'student'）
department=rmfield（department,{'teacher';'PC_computer'}）
3.3.3.3数值运算操作和函数对构架数组的应用
【例3.3.3.3-1】数值运算操作和函数在构架域上的作用。
n_ex=5;
fork=1:
n_ex,ex（k）.f=（k-1）*n_ex+[1:
5];end
ex
%
disp（[blanks（10）'构架域中内容']）
fork=1:
n_ex,disp（ex（k）.f）,end
class（ex
（1）.f）
%
sum_f=zeros（1,5）;
fork=1:
n_ex,sum_f=sum_f+ex（k）.f;end,sum_f
%
disp（[blanks（20）'ex.f的平方根值']）
fork=1:
n_ex,disp（sqrt（ex（k）.f））,end
3.3.4构架数组和元胞数组之间的转换
【例3.3.4-1】指令struct2cell和cell2struct的使用。
（1）
fork=1:
5,ex（k）.s=['No.'int2str（k）];ex（k）.f=（k-1）*5+[1:
5];end
（2）
fprintf（'%s\n','ex.s域的内容'）;fprintf（'%s\',blanks（4））
fork=1:
5;fprintf（'%s\\',[ex（k）.sblanks
（1）]）;end
fprintf（'%s\n',blanks
（1））,fprintf（'%s\n','ex.f域的内容'）
fork=1:
5;disp（ex（k）.f）;end
（3）
C_ex=struct2cell（ex）;
size（C_ex）
fprintf（'%s\',[C_ex{1,1,1},blanks（3）]）
fprintf（'%5g\',C_ex{2,1,1}）
（4）
FS={'S_char';'F_num'};
EX1=cell2struct（C_ex,FS,1）
EX1
（1）
（5）
EX2=cell2struct（C_ex,'xx',2）
（6）
YY=strvcat（'y1','y2','y3','y4','y5'）;EX3=cell2struct（C_ex,YY,3）
EX3
（1）
EX3
（2）
【例3.3.4-2】带子域的构架数组转换为元胞数组。
本例中的ex构架数组由例3.3.4-1生成，然后再运行以下程序。
ex（1,1）.s
%
ex（1,1）.s.sub='SUB1';
ex（3,1）.s.sub='SUB3';
ex（3,1）.s.num=1/3;
ex（1,1）.s
ex（3,1）.s
C_ex_sub=struct2cell（ex）
size（C_ex_sub）
C_ex_sub{1,1,1}
C_ex_sub{1,3,1}
3.4关于数据类型的归纳性说明
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