数学建模MATLAB教程ch04.docx

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数学建模MATLAB教程ch04

4字符串数组、元胞数组与构架数组

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+004

ans=

double

a_s=

11

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=

S

ans=

char

b_s=

11

whos%观察变量a,b在内存中所占字节

NameSizeBytesClass

a1x18doublearray

a_s1x216doublearray

ans1x48chararray

b1x12chararray

b_s1x216doublearray

Grandtotalis10elementsusing50bytes

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='Thisisanexample.'

a=

Thisisanexample.

（2）串数组a的大小

size（a）

ans=

119

（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=

This

ra=

.elpmaxenasisihT

（4）串数组的ASCII码

ascii_a=double（a）%产生ASCII码

ascii_a=

Columns1through12

8410410511532105115329711032101

Columns13through19

1209710911210810146

char（ascii_a）%把ASCII码变回字符串

ans=

Thisisanexample.

（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=

THISISANEXAMPLE.

（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（[56]）%取串的子数组

ASCII_A=double（A）%获取ASCII码

A_s=

17

A56=

算例

ASCII_A=

Columns1through6

547545191153947473505219549405

Column7

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=

ThisisExample'4.1.2-1'.

4.1.3复杂串数组的创建

4.1.3.1多行串数组的直接创建

【*例4.1.3.1-1】多行串数组的直接输入示例。

clear

S=['Thisstringarray'

'hasmultiplerows.']

S=

Thisstringarray

hasmultiplerows.

size（S）

ans=

218

4.1.3.2利用串操作函数创建多行串数组

【*例4.1.3.2-1】演示：

用专门函数char,str2mat,strvcat创建多行串数组示例。

S1=char（'Thisstringarray','hastworows.'）

S1=

Thisstringarray

hastworows.

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=

55

4.1.3.3转换函数产生数码字符串

【*例4.1.3.3-1】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=

1000

0100

（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=

0.950.6070.8910.456

0.2310.4860.7620.0185

（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=

[0.95010.60680.89130.4565;0.23110.4860.76210.0185]

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=

0.38670.54510.41010.6335

0.79370.61510.46670.9817

【*例4.1.3.3-2】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%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<7>

y_text=['y=',num2str（y_max）];%生成最大值点的纵坐标字符串<8>

max_text=char（'maximum',t_text,y_text）;%生成标志最大值点的字符串<9>

%生成标志图名用的字符串

tit=['y=exp（-',num2str（a）,'t）*sin（',num2str（w）,'t）'];%<11>

plot（t,zeros（size（t））,'k'）%画纵坐标为0的基准线

holdon%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<16>

title（tit）,xlabel（'t'）,ylabel（'y'）,holdoff%书写图名、横坐标名、纵坐标名

图4.1.3.3-1字符串运用示意图

4.1.3.4利用元胞数组创建复杂字符串

【*例4.1.3.4-1】元胞数组在存放和操作字符串上的应用。

a='MATLAB5';b='introducesnewdatatypes:

';%创建单行字符串a,b

c1='◆Multidimensionalarray';c2='◆User-definabledatastructure';

c3='◆Cellarrays';c4='◆Characterarray';

c=char（c1,c2,c3,c4）;%创建多行字符串c

C={a;b;c};%利用元胞数组存放长短不同的字符串<5>

disp（[C{1:

2}]）%显示前两个元胞中的字符内容<6>

disp（''）%显示一行空白

disp（C{3}）%显示第3个元胞中的字符内容<8>

MATLAB5introducesnewdatatypes:

◆Multidimensionalarray

◆User-definabledatastructure

◆Cellarrays

◆Characterarray

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（'%.10e\n',a）%10数位科学记述串,每写一个元素就换行。

s1=

0.950130.60684

0.231140.48598

s_s=

9.5012928515e-001

2.3113851357e-001

6.0684258354e-001

4.8598246871e-001

fprintf（'%.5g\\',a）%以5位数位最短形式显示。

不能赋值用

0.95013\0.23114\0.60684\0.48598\

s_sscan=sscanf（s_s,'%f',[3,2]）%浮点格式把串转换成成

数值数组。

s_sscan=

0.95010.4860

0.23110

0.60680

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

4.2.1.1元胞标识寻访和内容编址寻访的不同

4.2.1.2元胞数组的创建和显示

【*例4.2.1.2-1】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'）;%产生字符串

R=reshape（1:

9,3,3）;%产生

实数阵R

Cn=[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=

[2x10char][3x3double]

[1.0000+2.0000i][1x1sym]

（2）直接创建法之二：

“编址元胞元素内涵的直接赋值法”

B{1,1}=C_str;B{1,2}=R;B{2,1}=Cn;B{2,2}=S_sym;

celldisp（B）%显示元胞数组内容

B{1,1}=

这是

元胞数组创建算例1

B{2,1}=

1.0000+2.0000i

B{1,2}=

147

258

369

B{2,2}=

-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','textstring'）;10:

-1:

1}%对第一列元胞赋值

C=

[2x11char][]

[1x10double][]

（2）元胞数组的“列”扩充和“行”扩充

AC=[AC]%空格（或逗号）利用来分隔列

A_C=[A;C]%分号利用来分隔“行”

AC=

[2x10char][3x3double][2x11char][]

[1.0000+2.0000i][1x1sym][1x10double][]

A_C=

[2x10char][3x3double]

[1.0000+2.0000i][1x1sym]

[2x11char][]

[1x10double][]

【*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=

[2x10char][3x3double]

[1.0000+2.0000i][1x1sym]

[1x10double][]

（2）把A_C重组成

元胞数组R_A_C

R_A_C=reshape（A_C,2,3）

R_A_C=

[2x10char][1x10double][1x1sym]

[1.0000+2.0000i][3x3double][]

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=

[1x1sym]

ans=

cell

（2）取一个元胞的内容

f2=R_A_C{1,3}%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_C{1,1}（:

[1256]）%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_C{[1,3,4]}）%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1

f5=

10987654321

f6=

147

258

369

4.3构架数组

4.3.1构架数组的创建和显示

4.3.1.1直接创建法及显示

【*例4.3.1.1-1】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）直接对域赋值法产生“单构架”，即

构架数组。

green_house.name='一号房';%构架的域由（构架名）.（域名）标识。

<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%显示单构架结构<5>

green_house=

name:

'一号房'

volume:

'2000立方米'

parameter:

[1x1struct]

green_house.parameter%显示parameter域中内容<6>

ans=

temperature:

[2x4double]

humidity:

[2x4double]

green_house.parameter.temperature%显示temperature域中的内容<7>

ans=

31.200030.400031.600028.7000

29.700031.100030.900029.6000

【*例4.3.1.1-2】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4.3.1.1-1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<1>

（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。

<2>

green_house=

2x3structarraywithfields:

name

volume

parameter

green_house（2,3）%显示元素构架的结构：

域；是否有子域<3>

ans=

name:

'六号房'

volume:

[]

parameter:

[]

4.3.1.2利用构造函数创建构架数组

【*例4.3.1.2-1】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））%<2>

green_house_1=

2x3structarraywithfields:

name

volume

parameter

（2）struct预建空构架数组方法之二

green_house_2=struct（'name',a,'volume',[],'parameter',[]）%<3>

green_house_2=

2x3structarraywithfields:

name

volume

parameter

（3）struct预建空构架数组方法之三

green_hopuse_3（2,3）=struct（'name',[],'volume',[],'parameter',[]）%<4>

green_hopuse_3=

2x3structarraywithfields:

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',[]）;%<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

ans=

2x3structarraywithfields:

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）产生2输入2输出系统的传递函数阵“对象”

Stf=tf（{3,2;[41],1},{[132],[111];[1221],[10]}）

Transferfunctionfrominput1tooutput...

3

#1:

-------------

s^2+3s+2

4s+1

#2:

---------------------

s^3+2s^2+2s+1

Transferfunctionfrominput2tooutput...

2

#1:

-----------

s^2+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:

{2x2cell}

den:

{2x2cell}

Variable:

's'

lti:

[1x1lti]

（3）获得构架数组SSTF的域名

FN=fieldnames（SSTF）%获得域名元胞数组FN

class（FN）%检查FN的类别

FN=

'num'

'den'

'Variable'

'lti'

ans=

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）

FC{1}%与celldisp（FC）的作用大致相当

poly2str（FC{1},'s'）,%为了把多项式显示成习惯的形式

FC=

[1x4double]

ans=

1221

ans=

s^3+2s^2+2