MATLAB 中的数据类型

• Multidimensional Array
  • logical
  • char
  • numeric
    • int8, int16, int32, int64, uint8, uint16, uint32, uint64
  • single
  • double
  • cell
  • struct
• Scalar
  • function handle (@)

numeric 中, int8 后面的数字表示 bit , uint8 中的 u 表示 unsigned.

本文主要关注 char, string, cell, struct, 也会涉及部分 function handle

数据类型转换

char

• char 数据类型使用 0 到 255 之间的 ASCII 码表示

• 将字符放入引号内(一般用单引号 ') 即可对字符d型变量赋值

  • >> s1 = 'h'
    
    s1 =
    
        'h'
    
    >> uint8(s1)
    
    ans =
    
      uint8
    % 104 是 h 的 ASCII 码值
       104
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13

String

• 字符数组

  • str = 'myString';

• 字符串连接

  • >> str1 = 'Example';
    >> str2 = 'String';
    >> s = [str1 str2]
    
    s =
    
        'ExampleString'
    
    >> s2 = [str1 ; str2]
    Error using vertcat
    Dimensions of arrays being concatenated are not consistent.
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11

  • 两个字符串的维度不一样, 不能纵向拼接

字符逻辑运算

• 多数数字运算符和逻辑运算符都能用在字符串变量上

>> str = 'aardvark'

str =

    'aardvark'

>> 'a' == str

ans =

  1×8 logical array

   1   1   0   0   0   1   0   0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

• 字符替换

>> str(str == 'a') = 'Z'

str =

    'ZZrdvZrk'
1
2
3
4
5

Exercise

• Write a script that inverts any given string
  • s1 = 'I like the letter E'
  • s2 = 'E rettel eht ekil I'

str = input('Enter a string: ','s');
invertStr = str(end:-1:1);
disp(invertStr)
1
2
3

Structure

结构体 一种可以储存不同类型数据的数据结构

• 创建方式

  • 直接构建

    • node(1).name = 'John Doe';
      node(2).name = 'Tim the Cook';
      node(1).age = 31;
      node(2).age = 22;
      1
      2
      3
      4

  • 使用 struct 函数

    • node = struct('name', {'John Doe', 'Tim the Cook'}, 'age',{31, 22})
      node(1).name
      1
      2

    • key - value 对形式, 每两个一对, 在 MATLAB 中, key 称为 field

当一个变量含有 . 时, MATLAB 会自动将这个变量识别为 struct

struct functions

Nesting Structures

struct 可以嵌套

Cell Array

元胞数组 一种可以储存不同类型数据的数据结构

与矩阵类似, 但是每个元素可以时不同类型的数据

通过 {} 声明

>> A(1,1)={[1 4 3; 0 5 8; 7 2 9]};
>> A(1,2) ={'Anne Smith'};
>> A(2,1) ={3+7i};
>> A(2,2)={-pi:pi:pi};
>> A

A =

  2×2 cell array

    {3×3 double        }    {'Anne Smith'      }
    {[3.0000 + 7.0000i]}    {[-3.1416 0 3.1416]}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

以上数据也可以这样声明:

>> A{1,1} = [1 4 3; 0 5 8; 7 2 9];
>> A{1,2} = 'Anne Smith';
>> A{2,1} = 3 + 7i;
>> A{2,2} = -pi:pi:pi;
>> A

A =

  2×2 cell array

    {3×3 double        }    {'Anne Smith'      }
    {[3.0000 + 7.0000i]}    {[-3.1416 0 3.1416]}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

注意花括号的位置

MATLAB 如何通过一个变量(结构体或元胞数组)存储不同的数据类型:

结构体/元胞数组不直接存储数据, 而是存储指向数据的指针. 类似 Java 中的引用数据类型.

Accessing Cell Array

>> A(1,1) % 通过圆括号括起来的坐标访问

ans =

  1×1 cell array

    {3×3 double}

>> A{1,1} % 通过花括号括起来的坐标访问

ans =

     1     4     3
     0     5     8
     7     2     9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

通过花括号与坐标, 直接访问数据, 如果使用圆括号, 访问的是一个元胞数组.

num2cell() & mat2cell()

num2cell() 将数字转换为元胞数组

mat2cell() 将矩阵转换为元胞数组

>> a = magic(3)

a =

     8     1     6
     3     5     7
     4     9     2

>> b = num2cell(a)

b =

  3×3 cell array

    {[8]}    {[1]}    {[6]}
    {[3]}    {[5]}    {[7]}
    {[4]}    {[9]}    {[2]}

>> c = mat2cell(a, [1 1 1], 3)

c =

  3×1 cell array

    {[8 1 6]}
    {[3 5 7]}
    {[4 9 2]}
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
26
27

• magic() 生成魔方矩阵, 其每行, 每列, 对角线上数字之和相等. 该和的值为 $\frac{(n^1)!}{n}$ , 其中 $n\ge 3$
• mat2cell(, , )
  • 在上面的示例程序中 [1 1 1], 3, 表示一个列向量与一个行向量相乘, 表示的是生成的元胞数组的形状
    也就是 [ [ 1 × 3 ] [ 1 × 3 ] [ 1 × 3 ] ]
    [[1×3][1×3][1×3]]" role="presentation" style="position: relative;">⎡⎣⎢[1×3][1×3][1×3]⎤⎦⎥$$\left[\begin{array}{c}[1\times 3]\\ [1\times 3]\\ [1\times 3]\end{array}\right]$$
    ⎣ ⎡​[1×3][1×3][1×3]​⎦ ⎤​
  • 例如 :C = mat2cell(A,[10 20 30],[25 25]) ,其中 A 为 $60\times 50$ 矩阵

Multidimensional Array

多维数组

Array concatenation cat()

数组拼接函数

• 由上图可以看出, cat() 函数的第一个参数为拼接方向
  • 1 表示按 row 拼接
  • 2 表示按 column 拼接
  • 3 表示按 layer 拼接

按 row/column 拼接操作也可以直接通过 [] 实现 例如 [A B], [A; B]

可以先操作 2 维矩阵, 然后使用 cat() 函数拼接为三维矩阵

reshape()

可以将 $r_1\times c_1$ 矩阵转换为 $t_2\times c_2$ 矩阵( 要求 $r_1\times c_1=t_2\times c_2$)

>> A={'James Bond', [1 2;3  4; 5 6]; pi, magic(5)}

A =

  2×2 cell array

    {'James Bond'}    {3×2 double}
    {[    3.1416]}    {5×5 double}
 
>> C = reshape(A,1,4)

C =

  1×4 cell array

    {'James Bond'}    {[3.1416]}    {3×2 double}    {5×5 double}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

通过测试此函数, 可以看出, 转换前后元素的下标没有改变

访问文件

save()

clear;
a = magic()
save myData1.mat
save myData2.mat -ascii
1
2
3
4

第二个 save 指定了 encoding in ascii
指定后可以以 plaintext 查看

• 保存单个变量到文件
  • save myMatrix.mat A A 为需要保存的变量
• 保存至指定路径
  • save('D:\MATLABrepo\myMatrix.mat','A')
  • 即 save('','variableName')

load()

load('mydata1.mat')
load('mydata2.mat','-ascii')
1
2

第二个 load 指定了 decoding in ascii

Excel File Reading: xlsread()

Score = xlsread('score.xlsx')
Score = xlsread('score.xlsx', 'B2:D4') % 指定读取的范围
1
2

不指定范围, 直接读取, 会忽略掉字符串字段

Excel File Writing: xlswrite()

计算成绩平均值并写入 xlsx 文件

M = mean(Score')'; % mean() 是列操作, 先做转置, 计算平均值之后再转置
xlswrite('score.xlsx', M, 1, 'E2:E4');
1
2

xlswrite('score.xlsx', M, 1, 'E2:E4');
xlswrite(, , , );

写入结果:

写入字段:

xlswrite('score.xlsx', {'Mean'}, 1, 'E1');
1

Getting Text in Excel Spreadsheet

使用两个变量接受 xlsx 表格中的字符串字段

>> [Score Header] = xlsread('score.xlsx')

Score =

   94.0000   83.0000   89.0000   88.6667
   76.0000   88.0000   82.0000   82.0000
   68.0000   72.0000   75.0000   71.6667


Header =

  4×5 cell array

    {0×0 char}    {'Test1' }    {'Test2' }    {'Test3' }    {'Mean'  }
    {'John'  }    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}
    {'Selina'}    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}
    {'Peter' }    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}    {0×0 char}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

Low-level File I/O

• 在字节/字符层面读写文件
• 一个文件必须要有 ID fid
• 文件中的定位通过可移动的指针实现

Low-level File I/O Functions

Open and close a file

fid = fopen('', ''); % 读取文件名, 和文件权限 rwa, 分别为可读可写可访问
status = fclose(fid);
1
2

Writing Sine Values into a File

x = 0:pi/10:pi;
y = sin(x);
fid = fopen('sinx.txt', 'w');
for i=1:11
    fprintf(fid,'%5.3f %8.4f\n', x(i), y(i));
end
fclose(fid);
type sinx.txt
1
2
3
4
5
6
7
8

• 关于读取的格式 A = fscanf(fid, format, size);
  • A 是用于存储读取数据的变量
  • size 是读取的数据量
• 关于写入的格式 fprintf(fid, format, x(i), y(i));
  • x(i), y(i) 是需要写入的变量, 会写入对应占位符的位置
• 关于 Format Specifier %5.3f %8.4f\n
  • %5.3f 表示 5 位浮点数, 其中, 小数点后有 3 位
  • %8.4f 表示 8 位浮点数, 其中, 小数点后有 4 位

---

• 读取至 EOF

fid = fopen('asciiData.txt', 'r');
i = 1;
while ~feof(fid)
	name(i,:) = fscanf(fid,'%5c', 1);
	year(i)	  = fscanf(fid,'%d', 1);
    no1(i)	  = fscanf(fid,'%d', 1);
    no2(i)	  = fscanf(fid,'%d', 1);
    no3(i)	  = fscanf(fid,'%g', 1);
    no4(i)	  = fscanf(fid,'%g', 1);
	i = i + 1;
end
fclose(fid);
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

feof() 返回值是布尔类型, 判断文件是否到达末尾 (EOF)