结构体在matlab中的应用.docx
结构(struct)数组要在MALTAB中实现比较复杂的编程，就不能不用struct类型。而且在MATLAB中实现struct比C中更为方便。4. 3.1 结构数组的创建MATLAB提供了两种定义结构的方式：直接应用和使用struct函数。1. 使用直接引用方式定义结构与建立数值型数组一样，建立新struct对象不需要事先申明，可以直接引用，而且可以动态扩充。比如建立一个复数变量x：x.real = 0; % 创建字段名为real，并为该字段赋值为0x.imag = 0 % 为x创建一个新的字段imag，并为该字段赋值为0 x = real: 0imag: 0 然后可以将旗动态扩充为数组：x(2).real = 0; % 将x扩充为1×2的结构数组x(2).imag = 0; 在任何需要的时候，也可以为数组动态扩充字段，如增加字段scale：x(1).scale = 0; 这样，所有x都增加了一个scale字段，而x(1)之外的其他变量的scale字段为空：x(1) % 查看结构数组的第一个元素的各个字段的内容 ans = real: 0imag: 0scale: 0 x(2) % 查看结构数组的第二个元素的各个字段的内容，注意没有赋值的字段为空ans = real: 0imag: 0scale: 应该注意的是，x的real、imag、scale字段不一定是单个数据元素，它们可以是任意数据类型，可以是向量、数组、矩阵甚至是其他结构变量或元胞数组，而且不同字段之间其数据类型不需要相同。例如：clear x; x.real = 1 2 3 4 5; x.imag = ones(10,10); 数组中不同元素的同一字段的数据类型也不要求一样：x(2).real = '123'x(2).imag = rand(5,1); 甚至还可以通过引用数组字段来定义结构数据类型的某字段：x(3).real = x(1); x(3).imag = 3; x(3) ans = real: 1x1 structimag: 3 下面看一个实际的例子来熟悉直接引用方式定义与显示结构。【例4.3.1-1】 温室数据（包括温室名、容量、温度、湿度等）的创建与显示。（1） 直接对域赋值法产生结构变量 green_house.name = '一号温室' % 创建温室名字段 green_house.volume = '2000立方米' % 创建温室容量字段green_house.parameter.temperature = 31.2 30.4 31.6 28.7 % 创建温室温度字段29.7 31.1 30.9 29.6;green_house.parameter.humidity = 62.1 59.5 57.7 61.5; % 创建温室湿度字段62.0 61.9 59.2 57.5; （2）显示结构变量的内容green_house % 显示结构变量结构 green_house = name: '一号温室'volume: '2000立方米'parameter: 1x1 struct green_house.parameter % 用域作用符号. 显示指定域（parameter）中内容 ans = temperature: 2x4 doublehumidity: 2x4 double green_house.parameter.temperature % 显示temperature域中的内容 ans =31.2000 30.4000 31.6000 28.700029.7000 31.1000 30.9000 29.6000 【例4.3.1-2】在上例的基础上，创建结构数组用以保存一个温室群的数据。green_house(2,3).name = '六号温室' %产生2×3结构数组green_house % 显示结构数组的结构 green_house = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter green_house(2,3) % 显示结构数组元素的结构 ans = name: '六号温室'volume: parameter: 2. 使用struct函数创建结构使用struct函数也可以创建结构，该函数产生或吧其他形式的数据转换为结构数组。struct的使用格式为：s = sturct('field1',values1,'field2',values2,);该函数将生成一个具有指定字段名和相应数据的结构数组，其包含的数据values1、valuese2等必须为具有相同维数的数据，数据的存放位置域其他结构位置一一对应的。对于struct的赋值用到了元胞数组。数组values1、values2等可以是元胞数组、标量元胞单元或者单个数值。每个values的数据被赋值给相应的field字段。当valuesx为元胞数组的时候，生成的结构数组的维数与元胞数组的维数相同。而在数据中不包含元胞的时候，得到的结构数组的维数是1×1的。例如：s = struct('type','big','little','color','blue','red','x',3,4) s = 1x2 struct array with fields:typecolorx 得到维数为1×2的结构数组s，包含了type、color和x共3个字段。这是因为在struct函数中'big','little'、'blue','red'和3,4都是1×2的元胞数组，可以看到两个数据成分分别为：s(1,1) ans = type: 'big'color: 'blue'x: 3 s(1,2) ans = type: 'little'color: 'red'x: 4 相应的，如果将struct函数写成下面的形式：s = struct('type','big''little','color','blue''red','x',3;4) s = 2x1 struct array with fields:typecolorx 则会得到一个2×1的结构数组。下面给出利用struct构建结构数组的具体实例。【例4.3.1-3】利用函数struct，建立温室群的数据库。（1） struct预建立空结构数组方法之一a = cell(2,3); % 创建2×3的元胞数组green_house_1=struct('name',a,'volume',a,'parameter',a(1,2)green_house_1 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （2）struct预建空结构数组方法之二green_house_2=struct('name',a,'volume','parameter',) green_house_2 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （3）struct预建空结构数组方法之三green_hopuse_3(2,3)=struct('name','volume','parameter',) green_hopuse_3 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （4）struct创建结构数组方法之四a1='六号房'a2='3200立方米'green_house_4(2,3)=struct('name',a1,'volume',a2,'parameter',);T6=31.2,30.4,31.6,28.7;29.7,31.1,30.9,29.6; green_house_4(2,3).parameter.temperature=T6; green_house_4 ans = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter 4. 3.2 结构数组的操作MATLAB中专门用于对结构数组的操作的函数并不多，通过 help datatypes获取数据类型列表，可以看到其中的结构数据类型的有关的函数，主要如表4.3.1所示。表4.3.1 结构数组的操作函数函数名 功能描述 函数名 功能描述deal 把输入处理成输出 fieldnames 获取结构的字段名getfield 获取结构中指定字段的值 rmfield 删除结构的字段(不是字段内容)setfield 设置结构数组中指定的字段的值 struct 创建结构数组struct2cell 结构数组转化成元胞数组 isfield 判断是否存在该字段isstruct 判断某变量是否是结构类型 下面举一些具体的例子说明如果对结构数组加以操作。【例4.3.2-1】 本例目的：一，演示函数fieldnames , getfield , setfield的使用方法；二，让读者感受到结构数组对应用工具包的影响；三，演示struct函数把“对象”转换为结构的应用。本例为获得一个演练的结构，借助Toolbox control 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;4 1,1,1 3 2,1 1 1;1 2 2 1,1 0) Transfer function from input 1 to output.3#1: -s2 + 3 s + 24 s + 1#2: -s3 + 2 s2 + 2 s + 1Transfer function from input 2 to output.2#1: -s2 + s + 11#2: -s （2）为本例演示，把上述的LTI对象Stf转换为结构SSTF=struct(Stf) % 把对象转换成结构，并显示结构的组成 SSTF = num: 2x2 cellden: 2x2 cellVariable: 's'lti: 1x1 lti （3）获得结构数组SSTF的域名FN=fieldnames(SSTF) % 获得域名元胞数组FNclass(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)FC1 % 与celldisp(FC)的作用大致相当poly2str(FC1,'s'), % 为了把多项式显示成习惯的形式 FC = 1x4 doubleans =1 2 2 1ans =s3 + 2 s2 + 2 s + 1 （5）重新设置SSTF.num(2,1)域的内容SSTF.num2,1 % 显示原始情况SSTF=setfield(SSTF,'num',2,1,1 3 1); % 注意“花括号”的使用SSTF.num2,1 % 显示被重新设置后的情况 ans =0 0 4 1ans =1 3 1 【例4.3.2-2】本例演示结构数组SSTF的扩充和收缩。（本例以例4.3.2-1的运行为基础。）（1）原结构是一个“单结构”size(SSTF) ans =1 1 （2）演示结构的扩充SSTF(2,2)=struct(tf(1,1 1) % 把1/(s+1)放在第2行第2列结构中size(SSTF) SSTF = 2x2 struct array with fields:numdenVariableltians =2 2 （3）演示结构数组的收缩：删除结构数组的第1行SSTF(1,= % 收缩成为 的结构S22n=SSTF(1,2).num,S22d=SSTF(1,2).den % 取出第2结构num域和den域的内容printsys(S22n1,S22d1) % 显示成习惯的表达形式 SSTF = 1x2 struct array with fields:numdenVariableltiS22n = 1x2 doubleS22d = 1x2 doublenum/den = 1-s + 1 【例4.3.2-3】对结构数组进行域的增添和删减操作。（1）创建结构数组clear,for k=1:10;department(k).number='No.',int2str(k);enddepartment department = 1x10 struct array with fields:number （2）增添域：在数组中任何一个结构上进行的域增添操作，其影响遍及整个结构数组department(1).teacher=40;department(1).student=300;department(1).PC_computer=40;department department = 1x10 struct array with fields:numberteacherstudentPC_computer （3）增添子域的操作只影响被操作的那个具体结构，而不是影响整个结构数组department(2).teacher.male=35;department(2).teacher.female=13;D2T=department(2).teacher % 第2结构teacher域包含两个子域D1T=department(1).teacher % 第1结构teacher域仅是一个数 D2T = male: 35female: 13D1T =40 （4）删除子域的操作也只影响被操作的那个具体结构department(2).teacher=rmfield(department(2).teacher,'male');department(2).teacher ans = female: 13 （5）删除域的操作是对整个结构数组实施的department=rmfield(department,'student') % 删除一个域 department = 1x10 struct array with fields:numberteacherPC_computer department=rmfield(department,'teacher''PC_computer')% 删除2个域 department = 1x10 struct array with fields:number 【例4.3.2-4】数值运算操作和函数在结构域上的作用。n_ex = 5; % 结构数组的长度for k = 1:n_ex, % 创建1×5结构数组ex(k).f = (k-1)*n_ex + 1:5;end;ex % 显示结构数组的结构 ex = 1x5 struct array with fields:f %显示结构数组的域中内容disp(blanks(10) '结构域中内容')for k=1:n_ex,disp(ex(k).f),end 结构域中内容1 2 3 4 56 7 8 9 1011 12 13 14 1516 17 18 19 2021 22 23 24 25 class(ex(1).f) % 检查域中内容的类型 ans =double % 对各结构域中数值数组相应位置的数据相加求和sum_f=zeros(1,5)for k=1:n_ex,sum_f=sum_f+ex(k).f;end,sum_f sum_f =55 60 65 70 75 % 对结构数组域中各元素分别求平方根disp(blanks(20) 'ex.f的平方根值')for k=1:n_ex,disp(sqrt(ex(k).f),end ex.f的平方根值1.0000 1.4142 1.7321 2.0000 2.23612.4495 2.6458 2.8284 3.0000 3.16233.3166 3.4641 3.6056 3.7417 3.87304.0000 4.1231 4.2426 4.3589 4.47214.5826 4.6904 4.7958 4.8990 5.0000 【例4.3.2-5】 指令struct2cell和cell2struct的使用。（1）创建“带2个域的 结构数组”for k=1:5,ex(k).s='No.' int2str(k);ex(k).f=(k-1)*5+1:5;end （2）显示结构数组的内容fprintf('%sn','ex.s域的内容 ');fprintf('%s',blanks(4)for k=1:5;fprintf('%s',ex(k).s blanks(1);endfprintf('%sn',blanks(1),fprintf('%sn','ex.f域的内容 ')for k=1:5;disp(ex(k).f);end %显示ex.f域内容 ex.s域的内容 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 ex.f域的内容 1 2 3 4 56 7 8 9 1011 12 13 14 1516 17 18 19 2021 22 23 24 25 （3）把ex结构数组转换为元胞数组C_ex=struct2cell(ex); % 带2个域的（1×5）结构数组转换为（2×1×5）元胞数组size(C_ex)fprintf('%s',C_ex1,1,1,blanks(3) % 显示C_ex第1页第1行第1列内容fprintf('%5g',C_ex2,1,1) % 显示C_ex第2页第1行第1列内容 ans =2 1 5No.1 1 2 3 4 5 （4）把元胞数组转换为结构数组之一FS='S_char''F_num' % 用元胞数组预建域名字符串EX1=cell2struct(C_ex,FS,1) % 元胞数组向结构数组转换 EX1 = 1x5 struct array with fields:S_charF_numric EX1(1) % 观察新结构EX1第一结构的情况 ans = S_char: 'No.1'F_numric: 1 2 3 4 5 （5）把元胞数组转换为结构数组之二EX2=cell2struct(C_ex,'xx',2) EX2 = 2x5 struct array with fields:xx （6）把元胞数组转换为结构数组之三YY=strvcat('y1','y2','y3','y4','y5');EX3=cell2struct(C_ex,YY,3) EX3 = 2x1 struct array with fields:y1y2y3y4y5 EX3(1) % 观察第一结构情况 ans = y1: 'No.1'y2: 'No.2'y3: 'No.3'y4: 'No.4'y5: 'No.5' EX3(2) % 观察第二结构情况 ans = y1: 1 2 3 4 5y2: 6 7 8 9 10y3: 11 12 13 14 15y4: 16 17 18 19 20y5: 21 22 23 24 25 【例4.3.2-6】 带子域的结构数组转换为元胞数组。本例中的ex结构数组由例4.2.2-5生成，然后再运行以下程序。ex(1,1).s % 原结构ex(1,1).s中的内容 ans =No.1 % 增设子域，并把ex结构数组扩充为（3×5）。ex(1,1).s.sub='SUB 1' % 原ex(1,1).s中的字符串将因本指令而消失ex(3,1).s.sub='SUB 3'ex(3,1).s.num=1/3; ex(1,1).s % 经新赋值后，ex(1,1).s中的内容 ans = sub: 'SUB 1' ex(3,1).s % 经新赋值后，ex(3,1).s中的内容 ans = sub: 'SUB 3'num: 0.3333 C_ex_sub=struct2cell(ex) % 把结构转换为元胞数组 C_ex_sub(:,:,1) = 1x1 struct 1x1 struct1x5 double C_ex_sub(:,:,2) = 'No.2' 1x5 double C_ex_sub(:,:,3) = 'No.3' 1x5 double C_ex_sub(:,:,4) = 'No.4' 1x5 double C_ex_sub(:,:,5) = 'No.5' 1x5 double size(C_ex_sub) % 观察新元胞数组的大小 ans =2 3 5 C_ex_sub1,1,1 % 观察第一元胞中的内容 ans = sub: 'SUB 1' C_ex_sub1,3,1 % 观察(1,3,1)元胞中的内容 ans = sub: 'SUB 3'num: 0.3333结构(struct)数组要在MALTAB中实现比较复杂的编程，就不能不用struct类型。而且在MATLAB中实现struct比C中更为方便。4. 3.1 结构数组的创建MATLAB提供了两种定义结构的方式：直接应用和使用struct函数。1. 使用直接引用方式定义结构与建立数值型数组一样，建立新struct对象不需要事先申明，可以直接引用，而且可以动态扩充。比如建立一个复数变量x：x.real = 0; % 创建字段名为real，并为该字段赋值为0x.imag = 0 % 为x创建一个新的字段imag，并为该字段赋值为0 x = real: 0imag: 0 然后可以将旗动态扩充为数组：x(2).real = 0; % 将x扩充为1×2的结构数组x(2).imag = 0; 在任何需要的时候，也可以为数组动态扩充字段，如增加字段scale：x(1).scale = 0; 这样，所有x都增加了一个scale字段，而x(1)之外的其他变量的scale字段为空：x(1) % 查看结构数组的第一个元素的各个字段的内容 ans = real: 0imag: 0scale: 0 x(2) % 查看结构数组的第二个元素的各个字段的内容，注意没有赋值的字段为空ans = real: 0imag: 0scale: 应该注意的是，x的real、imag、scale字段不一定是单个数据元素，它们可以是任意数据类型，可以是向量、数组、矩阵甚至是其他结构变量或元胞数组，而且不同字段之间其数据类型不需要相同。例如：clear x; x.real = 1 2 3 4 5; x.imag = ones(10,10); 数组中不同元素的同一字段的数据类型也不要求一样：x(2).real = '123'x(2).imag = rand(5,1); 甚至还可以通过引用数组字段来定义结构数据类型的某字段：x(3).real = x(1); x(3).imag = 3; x(3) ans = real: 1x1 structimag: 3 下面看一个实际的例子来熟悉直接引用方式定义与显示结构。【例4.3.1-1】 温室数据（包括温室名、容量、温度、湿度等）的创建与显示。（1） 直接对域赋值法产生结构变量 green_house.name = '一号温室' % 创建温室名字段 green_house.volume = '2000立方米' % 创建温室容量字段green_house.parameter.temperature = 31.2 30.4 31.6 28.7 % 创建温室温度字段29.7 31.1 30.9 29.6;green_house.parameter.humidity = 62.1 59.5 57.7 61.5; % 创建温室湿度字段62.0 61.9 59.2 57.5; （2）显示结构变量的内容green_house % 显示结构变量结构 green_house = name: '一号温室'volume: '2000立方米'parameter: 1x1 struct green_house.parameter % 用域作用符号. 显示指定域（parameter）中内容 ans = temperature: 2x4 doublehumidity: 2x4 double green_house.parameter.temperature % 显示temperature域中的内容 ans =31.2000 30.4000 31.6000 28.700029.7000 31.1000 30.9000 29.6000 【例4.3.1-2】在上例的基础上，创建结构数组用以保存一个温室群的数据。green_house(2,3).name = '六号温室' %产生2×3结构数组green_house % 显示结构数组的结构 green_house = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter green_house(2,3) % 显示结构数组元素的结构 ans = name: '六号温室'volume: parameter: 2. 使用struct函数创建结构使用struct函数也可以创建结构，该函数产生或吧其他形式的数据转换为结构数组。struct的使用格式为：s = sturct('field1',values1,'field2',values2,);/注意引号该函数将生成一个具有指定字段名和相应数据的结构数组，其包含的数据values1、valuese2等必须为具有相同维数的数据，数据的存放位置域其他结构位置一一对应的。对于struct的赋值用到了元胞数组。数组values1、values2等可以是元胞数组、标量元胞单元或者单个数值。每个values的数据被赋值给相应的field字段。当valuesx为元胞数组的时候，生成的结构数组的维数与元胞数组的维数相同。而在数据中不包含元胞的时候，得到的结构数组的维数是1×1的。例如：s = struct('type','big','little','color','blue','red','x',3,4) s = 1x2 struct array with fields:typecolorx 得到维数为1×2的结构数组s，包含了type、color和x共3个字段。这是因为在struct函数中'big','little'、'blue','red'和3,4都是1×2的元胞数组，可以看到两个数据成分分别为：s(1,1) ans = type: 'big'color: 'blue'x: 3 s(1,2) ans = type: 'little'color: 'red'x: 4 相应的，如果将struct函数写成下面的形式：s = struct('type','big''little','color','blue''red','x',3;4) s = 2x1 struct array with fields:typecolorx 则会得到一个2×1的结构数组。下面给出利用struct构建结构数组的具体实例。【例4.3.1-3】利用函数struct，建立温室群的数据库。（1） struct预建立空结构数组方法之一a = cell(2,3); % 创建2×3的元胞数组green_house_1=struct('name',a,'volume',a,'parameter',a(1,2)green_house_1 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （2）struct预建空结构数组方法之二green_house_2=struct('name',a,'volume','parameter',) green_house_2 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （3）struct预建空结构数组方法之三green_hopuse_3(2,3)=struct('name','volume','parameter',) green_hopuse_3 = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter （4）struct创建结构数组方法之四a1='六号房'a2='3200立方米'green_house_4(2,3)=struct('name',a1,'volume',a2,'parameter',);T6=31.2,30.4,31.6,28.7;29.7,31.1,30.9,29.6; green_house_4(2,3).parameter.temperature=T6; green_house_4 ans = 2x3 struct array with fields:namevolumeparameter 4. 3.2 结构数组的操作MATLAB中专门用于对结构数组的操作的函数并不多，通过 help datatypes获取数据类型列表，可以看到其中的结构数据类型的有关的函数，主要如表4.3.1所示。表4.3.1 结构数组的操作函数函数名 功能描述 函数名 功能描述deal 把输入处理成输出 fieldnames 获取结构的字段名getfield 获取结构中指定字段的值 rmfield 删除结构的字段(不是字段内容)setfield 设置结构数组中指定的字段的值 struct 创建结构数组struct2cell 结构数组转化成元胞数组 isfield 判断是否存在该字段isstruct 判断某变量是否是结构类型
