《的數(shù)據(jù)類型》PPT課件.ppt

第四章,MATLAB的數(shù)據(jù)類型,荊華 ,MATLAB使用詳解2012學(xué)年選修課,第4章 MATLAB7.0的數(shù)據(jù)類型,教學(xué)重點(diǎn)： MATLAB7.0支持15種基本的數(shù)據(jù)類型，每一種類型的數(shù)據(jù)都是以矩陣或數(shù)組的形式表現(xiàn)出來。本章主要介紹數(shù)值類型、邏輯類型和字符串類型。,4.1 MATLAB中的數(shù)據(jù)類型,MATLAB7.0支持多種數(shù)據(jù)類型，包括: 數(shù)值類型:包含8種整數(shù)類型、單精和雙精浮點(diǎn)類型； 字符和字符串：常以向量數(shù)列的形式表示； 邏輯類型：0和1兩個(gè)數(shù)值，表示邏輯真和假； 元胞、構(gòu)架：可以包含不同類型數(shù)據(jù)； 函數(shù)句柄：函數(shù)的指針，可以通過其調(diào)用函數(shù)。 用戶還可以通過MATLAB“類”（class)建立自定義數(shù)據(jù)類型。,所有類型的數(shù)據(jù)都被存儲在矩陣或數(shù)組中進(jìn)行操作，矩陣和數(shù)組可以從最小的空矩陣到任意的n維。,4.2 數(shù)值類型,數(shù)值類型包括有符號整數(shù)類型、無符號整數(shù)類型、單精度浮點(diǎn)類型和雙精度浮點(diǎn)類型，如圖所示。,4.2.1 整數(shù)類型,MATLAB數(shù)值類型中的整數(shù)類型包括有符號、無符號整數(shù)類型各4種，分別是1-、2-、4-和8-字節(jié)（8位、16位、32位和64位）的整數(shù)類型。有符號類型允許表示負(fù)數(shù)，但是由于其需要分配1位字節(jié)作為符號位，所以表示的范圍沒有同等字節(jié)的無符號類型大；無符號類型不能表示負(fù)數(shù)，只能表示正整數(shù)和0。根據(jù)具體需要，用戶應(yīng)該選擇不同的存儲類型；,例如，對于數(shù)值不大的整數(shù)“22”，就沒有必要使用8-字節(jié)的類型來存儲，因?yàn)?-字節(jié)整型所分配的內(nèi)存空間已經(jīng)足以滿足此數(shù)的存儲了，應(yīng)使用字節(jié)數(shù)少的類型來存儲數(shù)據(jù)，這樣可以節(jié)省內(nèi)存空間，提高效率。,4.2.1 整數(shù)類型,表列出了8種整數(shù)類型的名稱、數(shù)值范圍和轉(zhuǎn)換函數(shù)。表中數(shù)據(jù)類型的表示范圍都可以調(diào)用intmax和intmin函數(shù)查詢各自的表示范圍。,應(yīng)用舉例：,例：生成有符號整數(shù)x值為129. x=int8(129) x = 127 intmax(int8) ans = 127 intmin(int8) ans = -128,應(yīng)用舉例：, x=int16(129) x = 129 查看整數(shù)類型：1）whos；2）使用class函數(shù)查看所生成整數(shù)所屬的類型。 whos Name Size Bytes Class x 1x1 2 int16 array Grand total is 1 element using 2 bytes class(x) ans = int16,4.2.2 單精度浮點(diǎn)型,MATLAB中，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型有單精度和雙精度兩種，其構(gòu)造規(guī)則都是依據(jù)IEEE754標(biāo)準(zhǔn)（關(guān)于此標(biāo)準(zhǔn)的具體描述，可以查詢相關(guān)網(wǎng)站）制定。單精度數(shù)據(jù)需要32位的存儲空間，其空間分配如表所示。,單精度數(shù)據(jù)的字節(jié)位功能,4.2.3 雙精度浮點(diǎn)類型,雙精度浮點(diǎn)類型是MATLAB中的默認(rèn)數(shù)值類型，其構(gòu)造規(guī)則與單精度一樣，依照IEEE754標(biāo)準(zhǔn)。雙精度數(shù)據(jù)需要64位的存儲空間，下表為雙精度空間分配表。,雙精度數(shù)據(jù)的字節(jié)位功能,應(yīng)用舉例：,例：生成整數(shù)x，值為2，并分別轉(zhuǎn)化為單精度浮點(diǎn)數(shù)y和雙精度浮點(diǎn)數(shù)z。 x=2 x = 2 Matlab默認(rèn)生成的數(shù)據(jù)類型為雙精度浮點(diǎn)型 whos Name Size Bytes Class x 1x1 8 double array x=int8(2) x = 2 whos Name Size Bytes Class x 1x1 1 int8 array,應(yīng)用舉例：, y=single(x) y = 2 z=double(x) z = 2 whos Name Size Bytes Class x 1x1 1 int8 array y 1x1 4 single array z 1x1 8 double array Grand total is 3 elements using 13 bytes,4.2.4 復(fù)數(shù),下面將介紹幾種特殊的數(shù)據(jù)類型，即復(fù)數(shù)、“無窮”和“非數(shù)”等概念。MATLAB7.0中，復(fù)數(shù)屬于雙精度浮點(diǎn)數(shù)的一種特殊類型，用戶可以無須任何特殊操作，把復(fù)數(shù)作為一個(gè)整體進(jìn)行處理。,應(yīng)用舉例：, x=3+4i x = 3.0000 + 4.0000i y=3+4j y = 3.0000 + 4.0000i x=y ans = 1,說明：1）”比較結(jié)果返回值1，說明i和j在表示虛數(shù)單位時(shí)意義和用法相同。 2）4i（4j）是一個(gè)完整的虛部，不可以在中間加空格符號。 3）只有數(shù)字才可以和i或者j相連，表達(dá)式不可以。 Xcos（pi/3）i是錯(cuò)誤的。,4.2.4 復(fù)數(shù),Matlab7.0中提供了求一個(gè)復(fù)數(shù)的實(shí)部、虛部、模和相角的函數(shù)分別是： real(z)、 imag(z)、 abs(z) angle(z),x =3.0000 + 4.0000i real(x) ans = 3 imag(x) ans = 4 abs(x) ans = 5 angle(x) ans = 0.9273,4.2.5 無窮,在Matlab中有正無窮和負(fù)無窮。即“Inf”和“Inf”。常出現(xiàn)在： 1）在經(jīng)典的初等數(shù)學(xué)中，1/0是錯(cuò)誤的表達(dá)式（0不能做除數(shù)），是沒有結(jié)果的。但是在MATLAB中，1/0是有意義的，結(jié)果為Inf（Infinity)。 2）例如,浮點(diǎn)數(shù)是有范圍的，一旦MATLAB的運(yùn)算結(jié)果超出浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍，系統(tǒng)也會用“-Inf”或“Inf”來表示計(jì)算結(jié)果。例如，10（308+1）的值超出了MATLAB允許的數(shù)值范圍，系統(tǒng)用Inf表示。 10e(308+1) ans = Inf,4.2.6 非數(shù),非數(shù)（NaN），是“Not a Number”的縮寫，是一個(gè)既不是實(shí)數(shù)也不是復(fù)數(shù)的數(shù)值，MATLAB提供這樣一個(gè)特殊類型的目的是擴(kuò)大運(yùn)算范圍，有了這樣一個(gè)數(shù)值，系統(tǒng)對于0/0、Inf/Inf的運(yùn)算結(jié)果，也可以有合理的解釋。 0/0 Warning: Divide by zero. %系統(tǒng)警告：0作為除數(shù)ans = NaN,4.3 邏輯類型,MATLAB用“0”和“1”分別代表邏輯“假”和邏輯“真”，邏輯類型數(shù)據(jù)常以標(biāo)量形式出現(xiàn)，但有時(shí)也可以是邏輯數(shù)組（Logical Array）。MATLAB不但提供給用戶比較齊全的算數(shù)運(yùn)算符號，作為一種高級語言，同樣也支持關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并且經(jīng)常在程序中涉及這兩種運(yùn)算，關(guān)系和邏輯運(yùn)算主要是為用戶解決程序設(shè)計(jì)中的“真”、“假”問題。在程序設(shè)計(jì)中編寫代碼，特別是在使用各種控制語句的時(shí)候，用戶常常需要使用這兩種運(yùn)算的結(jié)果（“真”或者“假”）作為控制語句的判斷條件。,在MATLAB中的關(guān)系和邏輯運(yùn)算式中，所有輸入非0的數(shù)都為“邏輯真”，只有0才為“邏輯假”；而計(jì)算結(jié)果，即輸出為一個(gè)邏輯數(shù)組，其中的元素，如果值為1，則表示“真”；如果值為0，則表示假。,4.3 邏輯類型,應(yīng)用舉例：,例如，比較10與100這兩個(gè)數(shù)的大小。代碼如下所示 “10等于100（=表示相等）”這個(gè)表達(dá)式返回值為0，表示表達(dá)式不成立；而“10小于100（ 10=100 10100 ans = ans 0 1,4.3.2 關(guān)系運(yùn)算符,關(guān)系運(yùn)算式的一般格式為：x RO y，“RO”代表關(guān)系運(yùn)算符（Relation Operator），在關(guān)系運(yùn)算符兩邊進(jìn)行比較的x和y可以是變量、字符串或者表達(dá)式等不同類型的數(shù)據(jù)，如果表達(dá)式正確（True），即x和y之間的關(guān)系為RO所描述的關(guān)系，則輸出結(jié)果為“真”，表達(dá)式返回?cái)?shù)值1；如果表達(dá)式不正確（False），即x和y之間的關(guān)系不是RO所描述的關(guān)系，則輸出結(jié)果為“假”，表達(dá)式返回?cái)?shù)值0。,Matlab7.0 關(guān)系運(yùn)算符,應(yīng)用舉例：,例1：比較矩陣 a1,2,3;4,5,6;7,8,9和其共軛矩陣之間的關(guān)系。 說明：行、列數(shù)相同的數(shù)組可以進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算，運(yùn)算的原則是把對應(yīng)的元素逐個(gè)運(yùn)算，并使返回的元素組成一個(gè)與原數(shù)組同維的邏輯數(shù)組，即所有元素非“0”即“1”的數(shù)組。非同維的數(shù)組之間不能進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算。, a=1,2,3;4,5,6;7,8,9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a ans = 1 4 7 2 5 8 3 6 9 a=a ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1,應(yīng)用舉例：,例2：m為從1到10的一數(shù)列，即m=1:10,n=2+(m5)，求標(biāo)量n的值。 m=1:10 m = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n=2+(m5) n = 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 說明：在上述代碼中首先進(jìn)行（m5）的關(guān)系運(yùn)算，然后把返回的邏輯數(shù)組進(jìn)行“加2”的算數(shù)運(yùn)算，得到標(biāo)量n的值。 關(guān)系運(yùn)算可以與算數(shù)運(yùn)算混合使用。注意：關(guān)系運(yùn)算符的優(yōu)先級低于算數(shù)運(yùn)算符，所以（m5）必須加括號。,4.3.3 邏輯運(yùn)算符,MATLAB中的邏輯運(yùn)算，包括我們常見的“與、或、非、異或”運(yùn)算。邏輯運(yùn)算的表現(xiàn)方式有3種，分別是元素方式（Element-wise）、比特方式（Bit-wise）以及短路方式（Short-Circuit）。將分別介紹3種方式的邏輯運(yùn)算符。 元素式邏輯運(yùn)算符，只接受邏輯類型的變量輸入，一般是對于標(biāo)量進(jìn)行操作，具體功能如表所示。,MATLAB元素式邏輯運(yùn)算符,應(yīng)用舉例：, x=1,2,3;4,5,6; y=1,0,0;0,1,1; x&y ans = 1 0 0 0 1 1 x|y ans = 1 1 1 1 1 1 xor(x,y) ans = 0 1 1 1 0 0,例：矩陣x=1,2,3;4,5,6和 矩陣y=1,0,0;0,1,1進(jìn)行邏輯與、邏輯或和邏輯異或運(yùn)算。,說明：進(jìn)行運(yùn)算的元素只要有1個(gè)不為0，則返回1,說明：進(jìn)行運(yùn)算的元素都不為0時(shí)返回1,說明：比較兩元素如果相同返回0，若不同返回1,比特式邏輯運(yùn)算符,比特式邏輯運(yùn)算是對運(yùn)算數(shù)的每一個(gè)比特位進(jìn)行邏輯運(yùn)算，先按照元素式邏輯運(yùn)算規(guī)則把十進(jìn)制的數(shù)值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)進(jìn)行操作，再把得到的二進(jìn)制邏輯數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值。,Matlab 比特式邏輯運(yùn)算符,應(yīng)用舉例*：,例如：十進(jìn)制數(shù)分別為21，29進(jìn)行比特位與、比特位或運(yùn)算。 x=21; y=28; bitor(x,y) ans = 29 bitand(x,y) ans = 20,Matlab 短路式邏輯運(yùn)算符,說明：元素式&與短路式&都是邏輯與，執(zhí)行相同的運(yùn)算，其結(jié)果相同，但是兩者的運(yùn)算方式不同。例如：矩陣A&B首先分別計(jì)算出A，B，然后進(jìn)行邏輯與；而A&B首先計(jì)算A，如A的某一元素為0，則結(jié)果的對應(yīng)元素為0，而不用計(jì)算B的對應(yīng)元素。當(dāng)A計(jì)算比較簡單，B很復(fù)雜時(shí)，采用&會提高運(yùn)算效率。同樣的“|”與“|”也有相同的區(qū)別,應(yīng)用舉例* ：,例：已知X=0,求X=0&1/X和X=0&1/X 。 在Matlab中執(zhí)行結(jié)果顯然均為0，即邏輯假。但元素式邏輯與運(yùn)算和短路式邏輯與運(yùn)算的計(jì)算過程是不同的，前者先分別計(jì)算X=0和1/X的結(jié)果，再進(jìn)行邏輯與（&），而后者系統(tǒng)在判斷符號左邊表達(dá)式X=0的時(shí)候就已經(jīng)得到了結(jié)果為“假”,數(shù)值為“0”；對于邏輯與運(yùn)算只要運(yùn)算數(shù)值為0，則結(jié)果為0，即不需要考慮右邊的1/X的結(jié)果。,4.3.4 運(yùn)算符的優(yōu)先級,對于MATLAB7.0中不同的運(yùn)算，優(yōu)先級是個(gè)很重要的問題。搞清不同種類運(yùn)算符的優(yōu)先級順序，可以更好地理解MATLAB的操作規(guī)則。 MATLAB在執(zhí)行包含算數(shù)、關(guān)系及邏輯運(yùn)算符號的運(yùn)算時(shí)，遵循的原則是：按照優(yōu)先級從高到低，同級的從左到右順序執(zhí)行，這與一般的運(yùn)算法則是類似的。常用的MATLAB運(yùn)算符的優(yōu)先級順序，如下表所示，從上到下優(yōu)先級依次是從高到低。,Matlab中常用運(yùn)算符號的優(yōu)先級,算數(shù)運(yùn)算符高于關(guān)系運(yùn)算符高于邏輯運(yùn)算符,應(yīng)用舉例：,已知矩陣z1,0,0;2,0,2;3,3,3計(jì)算z./3和(z./3) z./3 %先取反再點(diǎn)除 ans = 0 0.3333 0.3333 0 0.3333 0 0 0 0 (z./3) %先點(diǎn)除再取反 ans = 0 1 1 0 1 0 0 0 0,4.4 字符與字符串,使用MATLAB進(jìn)行工作和學(xué)習(xí)時(shí)，不可避免地會遇到諸如文本處理、坐標(biāo)標(biāo)注等問題，這也就會用到MATLAB提供的另一種數(shù)據(jù)類型字符類型。本節(jié)后續(xù)主要講解的內(nèi)容包括：字符和字符串的概念和用法、字符串的比較與替換及字符串與數(shù)值的互相轉(zhuǎn)化。,在MATLAB中，字符和字符串分別用char和string表示，MATLAB7.0中的char類型都是以2個(gè)字節(jié)編碼來存儲的，一般用單引號括注一個(gè)字符變量，如下代碼所示，a是一個(gè)字符變量。 a=w a = w,4.4 字符與字符串,4.4.1 字符數(shù)組的建立,可以運(yùn)用兩種不同的方式表示字符串，即字符數(shù)組和字符串元胞，有關(guān)字符串元胞的概念將在后續(xù)章節(jié)中介紹，首先介紹使用字符數(shù)組的方式來創(chuàng)建字符串的方法。 例如，以字符數(shù)組的形式生成一個(gè)字符串。 a=the fourth chapter. a = the fourth chapter.,說明：1）字符串可以包含標(biāo)點(diǎn)符號。 2）建立二維字符數(shù)組時(shí)，字符數(shù)組要求每行字符含有相同的列。當(dāng)多個(gè)字符串具有不同長度時(shí)，為了避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要在短字符串的尾部添加空格來強(qiáng)制保證字符串等長。 例：把三個(gè)字符串a(chǎn)bc、abcd和abcde合并成一個(gè)行數(shù)為3的字符數(shù)組。 a=abc ;abcd ;abcde a = abc abcd abcde,應(yīng)用舉例,如果不補(bǔ)空格，直接合并不同長度的字符串，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。 如果字符數(shù)組之間用“，”分隔，形成一行向量，不需補(bǔ)空格 可以直接調(diào)用函數(shù)char創(chuàng)建字符數(shù)組，函數(shù)char可以按照最長字符串的長度，自動把長度不夠的字符串末尾補(bǔ)空格，使所有的字符串的長度都相同。char（x1,x2,） 例如：char（abc,ab） char(abc,ab) ans = abc ab,應(yīng)用舉例：,4.4.2 字符串的比較,MATLAB中，如需要進(jìn)行字符串或字符子串的比較，可以有以下幾種方法： 1) 直接比較兩字符串的全部或者部分是否相等； 2) 比較字符串中的單個(gè)字符是否相等； 3) 對字符串中的每個(gè)元素進(jìn)行識別，判斷其是字符或者空白符號。 說明：可以使用關(guān)系運(yùn)算符“=”進(jìn)行字符數(shù)組的比較，但是要求比較的數(shù)組具有相同的維數(shù)，或者其中一個(gè)數(shù)組為標(biāo)量。,常用字符數(shù)組比較函數(shù),應(yīng)用舉例：,例：比較兩個(gè)字符串love和like。 strcmp(love,like) ans = 0 strncmp(love,like,1) ans = 1,4.4.3 字符串的查找與替換,MATLAB中提供了若干字