MATLAB程序設(shè)計(jì)語言(2)ppt課件

1、MATLAB 程序設(shè)計(jì)言語 任課教師：李靖 博士(講師) ： 研討方向：無線通訊Chapter6 數(shù)據(jù)陣列類型與構(gòu)造多維陣列構(gòu)造陣列單元陣列復(fù)雜陣列構(gòu)造多維陣列、構(gòu)造陣列和單元陣列函數(shù)6.1 多維陣列多維陣列建立多維陣列多維陣列信息多維陣列的運(yùn)用多維陣列計(jì)算多維陣列的數(shù)據(jù)組織6.1.1-2 多維陣列及其建立多維陣列是二維矩陣的推行多維陣列運(yùn)用3個(gè)以上的下標(biāo)來訪問多維陣列的建立：1. 利用下標(biāo)建立多維陣列；2. 利用matlab函數(shù)產(chǎn)生多維陣列；3. 利用cat函數(shù)建立多維陣列；4. 用戶本人編寫M文件產(chǎn)生多維陣列。利用下標(biāo)建立多維陣列例6.1 有兩個(gè)二維矩陣A和B A

2、 = B = 1 2 3 11 12 13 4 5 6 14 15 16 可以很容易地構(gòu)造一個(gè)三維矩陣C ： C (：，：，1 ) = A； C (：，：，2 ) = B； 給出： C (：，：，1 )= C (：，：，2 ) = 1 2 3 11 12 13 4 5 6 14 15 16 利用matlab函數(shù)產(chǎn)生多維陣列利用rand, randn, ones, zeros產(chǎn)生多維陣列，且在函數(shù)調(diào)用時(shí)指定每一維的尺寸。例6.2 輸入R = randn(3, 4, 2), 給出： R(:,:,1) = 0.4694 -0.6275 -0.2037 1.5929 -0.9036 0.5354 -2

3、.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);利用cat函數(shù)建立多維陣列可將任何兩個(gè)維數(shù)適當(dāng)?shù)年嚵邪粗付ňS數(shù)進(jìn)展銜接，從而產(chǎn)生更高維陣列例6.3 A = B = 1 2 5 6 3 4 7 8C = cat(1, A, B)C = 1 2 3 4 5 6 7 8C = cat

4、(2, A, B)C = 1 2 5 6 3 4 7 8C = cat(3, A, B)C(:,:,1) = 1 2 3 4C(:,:,2) = 5 6 7 86.1.3 多維陣列信息ndims 獲得多維陣列維數(shù)size 得到陣列各維的尺寸whos 得到陣列的存儲(chǔ)和格式6.1.4 多維陣列的運(yùn)用(P269)下標(biāo)訪問技術(shù)陣列重新陳列陣列的序列變換6.1.5 多維陣列計(jì)算面向向量的函數(shù)： sum, mean, cross面向元素的函數(shù)： 三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等 (可按對(duì)二維陣列的操作方式對(duì)多維陣列處置) 算術(shù)、邏輯和關(guān)系運(yùn)算符 面向矩陣的函數(shù)： 線性代數(shù)函數(shù)和矩陣函數(shù) 6.1.6 多維陣列的數(shù)據(jù)組織

5、多維陣列可表示兩類數(shù)據(jù)：多維陣列可表示兩類數(shù)據(jù)：表示成二維數(shù)據(jù)的平面或頁，可將頁當(dāng)作表示成二維數(shù)據(jù)的平面或頁，可將頁當(dāng)作矩陣處置；矩陣處置；表示成多變量或多維數(shù)據(jù)。例表示成多變量或多維數(shù)據(jù)。例P2726.2 構(gòu)造陣列 構(gòu)造陣列由多個(gè)域構(gòu)成，每個(gè)域可以存放各種類型的數(shù)據(jù)，例如，第一個(gè)域?yàn)橛米址硎镜膶W(xué)生名字，第二個(gè)域?yàn)橛脴?biāo)量表示的學(xué)生學(xué)號(hào)，第三個(gè)域?yàn)閿?shù)值矩陣表示的學(xué)生成果。6.2.1 建立構(gòu)造陣列利用賦值語句，對(duì)構(gòu)造陣列的各個(gè)域進(jìn)展賦值。例： = Zhang San; student.number = 001; student.score = 81 79 92 85 9

6、4 71;6.2.1 建立構(gòu)造陣列利用struct函數(shù)建立構(gòu)造陣列例：student1 = struct (name, Zhang San, number, 001, score, 81 79 92 85 94 71)例：ex1.m6.2.2 構(gòu)造陣列數(shù)據(jù)的運(yùn)用在構(gòu)造陣列中，利用構(gòu)造名后的括號(hào)指示第n個(gè)構(gòu)造元素，利用句點(diǎn)引出域名指示相應(yīng)的域。 str = student(1).name;可采用循環(huán)得到多個(gè)域的值。getfield, setfieldgetfield(student,2,name)student=setfield(student,2, number,003)6.2.3 構(gòu)造陣列運(yùn)

7、用于函數(shù)和操作符例：mean (student(1).score) ans = 83.66676.2.4 構(gòu)造陣列的數(shù)據(jù)組織(p277)平面組織：構(gòu)造的每個(gè)域是整個(gè)圖像平面優(yōu)點(diǎn)：易擴(kuò)展到多個(gè)平面或圖像缺陷：訪問平面的子集比較費(fèi)事元素對(duì)元素組織：優(yōu)點(diǎn)：方便訪問數(shù)據(jù)的子集缺陷：要采用循環(huán)建立構(gòu)造，且訪問平面數(shù) 據(jù)費(fèi)事6.2.5 構(gòu)造嵌套構(gòu)造嵌套：在構(gòu)造陣列中，其域值可以是另一個(gè)曾經(jīng)定義過構(gòu)造嵌套：在構(gòu)造陣列中，其域值可以是另一個(gè)曾經(jīng)定義過 的構(gòu)造的構(gòu)造例：例：n = cour1, cour2, cour3;r = 88 65 79;student = struct (name, Zhang San

8、, number, 001, course, struct(name,n,score,r)執(zhí)行后：執(zhí)行后： student = name: Zhang San number: 001 course: 1x3 struct6.3 單元陣列 Matlab允許將不同類型的陣列組合成一個(gè)新的陣列，這一陣列稱之為單元陣列。單元陣列中的每個(gè)單元可以是標(biāo)量、向量、矩陣、多維陣列、字符陣列、構(gòu)造陣列等。(P282 圖6.6)6.3.1 建立單元陣列 建立單元陣列有兩種方法：運(yùn)用賦值語句運(yùn)用cell函數(shù)預(yù)分配陣列，然后再對(duì)單元賦值利用賦值語句建立單元陣列運(yùn)用花括號(hào)對(duì)單元陣列進(jìn)展賦值，花括號(hào)可以用在賦值語句的左邊

9、，也可以用在右邊。 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; 利用cell函數(shù)定義單元陣列運(yùn)用cell函數(shù)預(yù)分配陣列，然后再對(duì)單元賦值 B = cell(2,3) B = B(1,2)=1:46.3.2 單元陣列數(shù)據(jù)的運(yùn)用利用單元陣列的下標(biāo)可訪問單元陣列元素 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

10、 c = A1,1(2,3) c = 66.3.2 單元陣列數(shù)據(jù)的運(yùn)用從已定義單元陣列中取一部分構(gòu)成新單元陣列 A2,3 = hello A = 3x3 double Tom 3.0000+ 7.0000i 1x21 double helloB=A(1:2,2:3)B = Tom 1x21 double hello刪除元素 A2,3 = % 刪除A中的(2,3)的元素 A(:,3) = % 刪除A中的第三列元素6.3.3 利用單元陣列取代變量列表在花括號(hào)中采用：操作符指示多個(gè)單元，那么相當(dāng)于指示多個(gè)獨(dú)立的單元內(nèi)容 A1:3 %單元陣列A中第1個(gè)到第3個(gè)元素 ans = 1 2 3 4 5 6

11、7 8 9 ans = 3.0000 + 7.0000i ans = Tom D1:2=eig(B) %求矩陣的特征向量和特征值6.3.4 單元陣列運(yùn)用于函數(shù)和操作符利用下標(biāo)將函數(shù)和操作符運(yùn)用于單元陣列 m = prod(A1,1) m = 28 80 162 l = (abs(A1,1)=3) l = 0 0 1 1 1 1 0 0 06.3.5 單元陣列的數(shù)據(jù)組織 單元陣列對(duì)組織具有不同尺寸或類型的數(shù)據(jù)是非常有用的，它比構(gòu)造更具包容性，可運(yùn)用于：(p287)利用一條語句訪問多個(gè)數(shù)據(jù)域利用逗號(hào)間隔的變量表訪問數(shù)據(jù)子集不具備固定的域名經(jīng)常從構(gòu)造中刪除域名6.3.6 嵌套單元陣列 一個(gè)單元陣列中

12、可以包含另一個(gè)單元陣列，甚至可包含單元陣列的陣列，稱之為單元陣列的嵌套建立單元陣列的嵌套： 嵌套的花括號(hào)、cell函數(shù)、賦值語句。 例6.4 利用嵌套的花括號(hào)建立嵌套單元陣列 例6.5 利用cell函數(shù)建立嵌套單元陣列6.3.7 單元陣列與數(shù)值陣列之間的變換采用循環(huán)程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換6.4 復(fù)雜陣列構(gòu)造多維單元陣列多維構(gòu)造陣列構(gòu)造的單元陣列6.4.1 多維單元陣列借助cat函數(shù)銜接產(chǎn)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:

13、3; B2,2 = 2 4;6.4.1 多維單元陣列C = cat(3, A, B)C(:,:,1) = 3x3 double Tom 3.0000+ 7.0000i 1x21 doubleC(:,:,2) = hello 6 1x3 double 1x2 double6.4.2 多維構(gòu)造陣列直接賦值或cat函數(shù)產(chǎn)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).num

14、ber = 003;student(1,1,2).score = 64 77 69 84 76 90;6.4.2 多維構(gòu)造陣列student = 1x1x2 struct array with fields: name number scoreavg = sum(student(1,1,2).score)/6avg = 76.66676.4.3 構(gòu)造的單元陣列利用單元陣列可將具有不同域構(gòu)造的構(gòu)造陣列存儲(chǔ)在一同。(P293 圖6.10)6.5 多維陣列、構(gòu)造陣列和單元陣列函數(shù)多維陣列函數(shù)構(gòu)造陣列函數(shù)單元陣列函數(shù)6.5.1多維陣列函數(shù)catndimsndgridpermuteipermuteshi

15、ftdimsqueezeflipdimcat功能：銜接陣列格式：C = cat(dim,A,B) C = cat(dim,A1,A2,A3,A4.)闡明： 將輸入陣列A,B或A1,A2,A3,A4沿著dim維銜接成C陣列。 cat(2,A,B) = A,B cat(1,A,B) = A;Bndims功能：求陣列維數(shù)格式：n = ndims(A)闡明：ndims(x) = length(size(x).ndgrid功能：為多維函數(shù)和內(nèi)插產(chǎn)生陣列格式：X1,X2,X3,. = ndgrid(x1,x2,x3,.) X1,X2,. = ndgrid(x)闡明： 可將由向量x1,x2,x3,指定的域變

16、換成陣列X1,X2,X3,.，用于多變量函數(shù)的計(jì)算和多維內(nèi)插。 例6.6 permute功能：多維陣列的序列變換重新陳列格式：B = permute(A,order)闡明： 對(duì)陣列A按order指定的格式重新陳列。 對(duì)陣列A，permute(A,2 1)等價(jià)于A。 例6.7 ipermute功能：多維陣列的逆序列變換格式：A = ipermute(B,order)闡明：permute函數(shù)逆變換。 例6.8shiftdim功能：維數(shù)移位格式：B = shiftdim(X,n) B,nshifts = shiftdim(X)闡明：當(dāng)n為正數(shù)時(shí)， shiftdim(X,n)將X陣列的維數(shù)向左挪動(dòng)n位

17、，最后維繚繞至第一維；當(dāng)n維負(fù)數(shù)時(shí)，將X陣列的維數(shù)向右挪動(dòng)n維，并在首維上補(bǔ)零成單點(diǎn)維. B,nshifts = shiftdim(X)可以刪去首維開場(chǎng)的單點(diǎn)維。 例6.9squeeze功能：刪除單點(diǎn)維格式：B = squeeze(A)闡明：刪除A陣列中的單點(diǎn)維 例6.10flipdim功能：陣列沿著指定維翻轉(zhuǎn)格式：B = flipdim(A,dim)闡明： 沿著dim維翻轉(zhuǎn) flipdim(A,1)等同于 flipud(A) flipdim(A,2)等同于fliplr(A) 例 構(gòu)造陣列函數(shù)structfieldnamesgetfieldsetfieldemfieldisf

18、ieldisstructstruct功能：建立構(gòu)造陣列格式：s = struct(field1,values1,field2,values2,.)闡明：s = struct(field1,values1,field2,values2,.) 可建立具有指定域名及其值的構(gòu)造陣列，值陣列values1， values2，必需是一樣尺寸的單元陣列或標(biāo)量單元，值陣列中的元素相應(yīng)地放入構(gòu)造陣列中。 例：6.12 fieldnames功能：獲取構(gòu)造名格式：f = fieldnames(s)闡明：names = fieldnames(s)可得到構(gòu)造陣列s的域名，其構(gòu)造names為一單位陣列。 例6.13get

19、field功能：獲取構(gòu)造陣列的域值。格式：f = getfield(s,field) f = getfield(s,i,j,field,k)闡明：f = getfield(s,field)可獲得構(gòu)造陣列s中指定域的域值，這實(shí)踐上等效于 f s.field。 f = getfield(s,i,j,field,k)可獲得構(gòu)造陣列s中指定域的域值，這等價(jià)于 f si, j.field(k)。 例6.14 setfield功能：設(shè)置構(gòu)造陣列的域值格式：s = setfield(s,field,v) s = setfield(s,i,j,field,k,v)闡明：s = setfield(s,field

20、,v)可將s中指定域的內(nèi)容設(shè)置成v，這等效于s.field = v。 s = setfield(s,i,j,field,k,v)也可將s中指定域的內(nèi)容設(shè)置成v，這等效于s(i,j).field(k)v 例6.15rmfield功能：刪除構(gòu)造陣列中的域格式：s = rmfield(s,field) s = rmfield(s,FIELDS)闡明：s = rmfield(s,field)可從構(gòu)造陣列s中刪除指定的域； s = rmfield(s,FIELDS)可一次刪除s中的多個(gè)域，其中FIELDS為指定域名的字符陣列或字符串的單元陣列。isfield功能：檢測(cè)到構(gòu)造陣列的域名時(shí)為邏輯真格式：tf

21、 = isfield(A,field)闡明：tf = isfield(A,field)中， 當(dāng)指定的field是s的域名時(shí)，k為邏輯真其值為1。 例6.16isstruct功能：檢測(cè)到構(gòu)造陣列時(shí)為邏輯真。格式：tf = isstruct(A)闡明：tf = isstruct(A)中，當(dāng)s為構(gòu)造陣列時(shí)，k為邏輯真。6.5.3 單元陣列函數(shù)cellcelldispcellplotnum2cellstruct2celliscellcellstrdealcell功能：建立單元陣列格式：c = cell(n)c = cell(m,n) or c = cell(m n)c = cell(m,n,p,.)

22、or c = cell(m n p .)c = cell(size(A)闡明： c = cell(n)可產(chǎn)生nn的空單元陣列，當(dāng)n為非標(biāo)量時(shí)，MATLAB給出出錯(cuò)信息。 c = cell(m,n) 和 c = cell(m n)可產(chǎn)生mn的空單元陣列，變量m，n也必需為標(biāo)量。 c = cell(m,n,p,.) 和c = cell(m n p .)可產(chǎn)生mnp維的空單元陣列。 c = cell(size(A)可產(chǎn)生與A同維的空單元陣列。 celldisp功能：顯示單元陣列內(nèi)容格式：celldisp(C)闡明：celldisp(C)可顯示出單元陣列c的內(nèi)容。 例6.18cellplot功能：以圖

23、形方式顯示出單元陣列的構(gòu)造格式：cellplot(c) cellplot(c,legend) handles = cellplot(.)闡明：cellplot(c)可以以圖形方式表示c的內(nèi)容，填充了顏色的方塊用于表示陣列和向量的元素，標(biāo)量和短的文本字串那么會(huì)直接進(jìn)展顯示。 cellplot(c,legend)中，還可以在單元陣列圖的右邊，給出圖例文本。 handles = cellplot(c)，可在畫出單元陣列圖之外，還得 得到了圖形句柄。 num2cell功能：數(shù)值陣列變換單元陣列。格式：c = num2cell(A) c = num2cell(A,dims)闡明：c = num2cell

24、(A)可將陣列A的元素放入相應(yīng)單元陣列c的位置，c的尺寸與A的一樣。 c = num2cell(A,dims)可將陣列A放入單元陣列c，并將指定維dim放入獨(dú)立的單元。 例6.19cell2struct功能：?jiǎn)卧嚵凶儞Q成構(gòu)造陣列格式：s = cell2struct(c,fields,dim)闡明：s = cell2struct(c,fields,dim)可將單元陣列的指定維轉(zhuǎn)變成域名維fields的構(gòu)造s，因此c在dim維的長(zhǎng)度必需與域名的數(shù)目一樣。變量fields可以是字符陣列，也可以是字符的單元陣列。 例6.20struct2cell功能：構(gòu)造陣列變換成單元陣列格式：c = struct

25、2cell(s)闡明：將mn構(gòu)造s(有p個(gè)域)變換成pmn單元陣列c。假設(shè)s多維，那么c具有尺寸p size(s) 例6.21iscell功能：檢測(cè)到單元陣列時(shí)為邏輯真格式：tf = iscell(A)闡明：當(dāng)A為單元陣列時(shí)，tf為邏輯真。cellstr功能：從字符陣列中建立單元陣列格式：c = cellstr(S)闡明：將字符陣列s中的每一行放入c的獨(dú)立單元中，從而構(gòu)成單元陣列c。 例6.22deal功能：輸入分配給輸出格式：Y1,Y2,Y3,. = deal(X) Y1,Y2,Y3,. = deal(X1,X2,X3,.)闡明： Y1,Y2,Y3,. = deal(X)將單輸入分配為每一個(gè)

26、輸出，即Y1=X, Y2=X, Y3=X, Y1,Y2,Y3,. = deal(X1,X2,X3,.)等同于Y1=X1, Y2=X2, Y3=X3,例6.23The end例6.4 利用嵌套的花括號(hào)建立嵌套單元陣列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前往前往例6.5 利用cell函數(shù)建立嵌套單元陣列 A = cel

27、l(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;結(jié)果同例6.4前往前往例6.6 ndgrid例6.6 計(jì)算函數(shù) 在 ， 上的值。 X1,X2 = ndgrid(-2:.4:2, -2:.4:2); Z = X1 .* exp(-X1.2 - X2.2); mesh(Z);22121xxy xe122x 222x 前往前往例6.7 permute例6.7.1 A = 1 2; 3 4

28、; 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前往前往例6.8 ipermutea = 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 3B = permute(a,3 2 1);C = ipermute(B,3 2 1);isequal(a,C)ans= 1前往前往例6.9 shiftdim例6.9 a = ra

29、nd(1,1,3,1,2); b,n = shiftdim(a); % b是312維且n=2. c = shiftdim(b,-n); % c = a. d = shiftdim(a,3); % d是12113維.前往前往例6.10 squeezeY = rand(2,1,3)；Y =Y(:,:,1) = Y(:,:,2) = Y(:,:,3) = 0.5194 0.0346 0.5297 0.8310 0.0535 0.6711Z = squeeze(Y)；Z = 0.5194 0.0346 0.5297 0.8310 0.0535 0.6711前往前往例6.11 flipdim A = 1

30、 4 2 5 3 6flipdim(A,1) = 3 6 2 5 1 4前往前往例6.12 structs = struct(type,big,little,color,red,x,3 4)這時(shí)可得到一個(gè)構(gòu)造陣列Ss = 1x2 struct array with fields: type color x這闡明S陣列有三個(gè)域type, color, x，有兩個(gè)構(gòu)造元素，可輸入：s(1) s(2) ans = ans = type: big type: little color: red color: red x: 3 x:4前往前往例6.13 fieldnamesmystr(1,1).name

31、 = alice;mystr(1,1).ID = 0；mystr(2,1).name = gertrude;mystr(2,1).ID = 1;n = fieldnames(mystr)n = name ID前往前往例6.14 getfield給定構(gòu)造mystr(1,1).name = alice;mystr(1,1).ID = 0;mystr(2,1).name = gertrude;mystr(2,1).ID = 1然后輸入：f = getfield(mystr,2,1,name)f = gertrude為列出name域的一切內(nèi)容，可采用循環(huán)程序：for k = 1:2 namek = g

32、etfield(mystr,k,1,name);endnamename = alice gertrude前往前往例6.15 setfield給定構(gòu)造：mystr(1,1).name = alice;mystr(1,1).ID = 0;mystr(2,1).name = gertrude;mystr(2,1).ID = 1;然后輸入：mystr = setfield(mystr,2,1,name,ted);mystr(2,1).nameans = ted前往前往例6.16 isfield給定構(gòu)造 = John Doe;patient.billing = 127.00;pa

33、tient.test = 79 75 73; 180 178 177.5; 220 210 205;然后isfield(patient,billing)ans = 1前往前往例6.18 celldispC = 1 2 Tony 3+4i; 1 2;3 4 -5 abc;celldisp(C)C1,1 = 1 2C2,1 = 1 2 3 4C1,2 = Tony C2,2 = -5C1,3 = 3.0000+ 4.0000iC2,3 = abc前往前往例6.19 num2celA = fix(20*rand(4,4)A = 19 17 16 18 4 15 8 14 12 9 12 3 9 0 15 8c = num2cell(A)c = 19 17 16 18 4 15 8 14 12 9 12 3 9 0 15