matlab基础与应用 第3章.ppt

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1、matlab基础与应用基础与应用 第第3章章第三章 数 据 类 型 3.1 概概 述述 MATLAB的早期版本只有非常简单的二维数组和字符类型的数据，目前的MATLAB版本中不仅有多达十几种的基本数据类型，在不同的专业工具箱中还有特殊的数据类型，并且MATLAB还支持面向对象的编程技术，支持用户自定义的数据类型。 MATLAB支持的基本数据类型见图3-1。 第三章 数 据 类 型 图3-1 MATLAB的数据类型 MATLAB数据类型基本数值类型字符串元胞数组结构内嵌对象函数句柄 Java对象 逻辑类型双精度类型单精度类型 整数类型 用户自定义类int8, uint8int16, uint16

2、int32, uint32int64, uin64第三章 数 据 类 型 获取MATLAB的数据类型列表可以在MATLAB命令行窗口中键入help datatypes命令。 在图3-1中所示的各种数据类型都可以用于创建向量、矩阵或者多维数组。用户自定义的数据类型也是图示的各种数据类型的组合。在不同的MATLAB工具箱中具有自定义的数据类型，例如控制系统工具箱中定义的LTI对象，在滤波器设计工具箱中定义的滤波器对象，在符号数学工具箱中定义的符号类型数据等。这些工具箱中包含的特殊数据对象也都使用这些基本的数据类型组合构成。 第三章 数 据 类 型 需要指出一点，MATLAB的基本数据类型是双精度数

3、据类型和字符类型。MATLAB的M语言和其他高级编程语言不同的是，MATLAB没有具体的变量或对象声明和定义过程，任何数据类型的变量或对象都可以利用面向对象编程技术中构造函数的方法或者数据类型转换的方法来创建其他数据类型对象和变量。MATLAB和Java语言、C+语言类似，所有数据类型就是相应的类，具有一定的面向对象的特点。MATLAB的不同数据类型的变量或对象占用的内存空间不尽相同，不同的数据类型的变量或对象也具有不同的操作函数。第三章 数 据 类 型 3.2 MATLAB基本数值类型基本数值类型 3.2.1 基本数值类型入门基本数值类型入门 表表3-1 MATLAB的基本数值类型的基本数值

4、类型 第三章 数 据 类 型 说明： 表格中所指的字节数是指使用该数据类型创建数组或者矩阵时，每一个元素占用的内存字节数，稀疏矩阵则不同，由于稀疏矩阵使用了特殊的存储数据方法，所以稀疏矩阵对象占用的内存字节数比较特殊。 复数数据类型也相对特殊，复数可以用表格中所示的各种数据类型创建，但是由于复数由实部数据和虚部数据组成，所以占用的字节数为构成复数的数据类型的两倍，例如复数z = 1+i，在MATLAB中占用了16个字节的内存。 第三章 数 据 类 型 例子例子3-1 使用不同的数据类型。在MATLAB命令行窗口中，键入下面的指令： A = 1 2 3; class(A)ans =double

5、whos Name Size Bytes Class A 1x3 24 double array ans 1x6 12 char arrayGrand total is 9 elements using 36 bytes 第三章 数 据 类 型 B = int16(A); class(B)ans =int16 whos Name Size Bytes Class A 1x3 24 double array B 1x3 6 int16 array ans 1x5 10 char arrayGrand total is 11 elements using 40 bytes 第三章 数 据 类 型

6、在例子3-1中，使用了int16，即16位的有符号整数类型，作为示例，并且使用class函数获取不同变量或者对象的数据类型。向量B是从向量A通过数据类型转换得到的，可以看出，A和B向量包含同样的数据，但是由于两个向量的数据类型不同，所以它们占据的内存字节数不同，其中双精度类型的向量A占用了24个字节，而16位整数类型的向量B仅占用了6个字节。 第三章 数 据 类 型 注意： MATLAB和C语言在处理数据类型和变量时不同。在C语言中，任何变量在使用之前都必须声明，然后赋值，在声明变量时就指定了变量的数据类型。但是在MATLAB中，任何数据变量都不需要预先的声明，MATLAB将自动地将数据类型设

7、置为双精度类型，若需要使用其他类型的数据，则必须通过数据类型的转换完成。MATLAB的数据类型名称同样就是数据类型转换的函数，利用这些函数来完成相应的数据类型转化的工作。 关于数据类型转换函数的使用可以参阅相应的在线帮助。 第三章 数 据 类 型 例子例子3-2 使用不同的数据类型。在MATLAB命令行窗口中，键入下面的指令： a = 1 2 3; b = 3 4 5; c = a+b; whos Name Size Bytes Class a 1x3 24 double array b 1x3 24 double array c 1x3 24 double arrayGrand total

8、is 9 elements using 72 bytes int16(a)+int16(b)? Error using = +Function + is not defined for values of class int16. 第三章 数 据 类 型 由于MATLAB系统默认的运算都是针对双精度类型的数据或变量的，所以在进行两个int16类型的变量加法时，MATLAB报告了相应的错误。一般地，对于在表格3-1中所列的各种数据类型(稀疏矩阵，single除外)的变量， MATLAB没有提供相应的运算规则或者计算函数。如果需要为这些没有运算规则的数据类型创建相应的计算法则，则需要利用MATLA

9、B的M语言进行面向对象的编程，通过重载运算符来完成相应的运算定义。 第三章 数 据 类 型 3.2.2 整数类型数据运算整数类型数据运算 MATLAB进行整数类型（无符号）数据的运算函数见表3-2，函数运算的结果必须小于bitmax代表的数值。 表表3-2 整数类型数据的运算函数整数类型数据的运算函数 第三章 数 据 类 型 3.2.3 MATLAB的常量的常量 表表3-3 MATLAB的常量的常量 第三章 数 据 类 型 说明： eps、realmax和realmin三个常量具体的数值与运行MATLAB的计算机相关，例如，在我的计算机上，这三个数值分别为eps=2.220410- 1 6，r

10、ealmax=1.7977103 0 8，realmin=2.225110-308。 和其他的高级编程语言所定义的常量不同，MATLAB的常量数值是可以修改的。例如，在MATLAB命令行窗口中可以键入如下的指令：pi=100，这样pi这个常量的数值就变成了100。但是，如果用clear指令清除变量后，pi将变成原有的常量数值。 第三章 数 据 类 型 Inf也可以写作inf，它为IEEE定义的算术数据无穷大数值，在MATLAB中进行诸如1.0/0.0或者exp(1000)的操作时都会得到这个数值。如果将inf应用于函数，则计算结果可能为inf或者NaN。 NaN也可以写作nan，它为IEEE规

11、定的某种运算得到的结果，例如0/0的运算得到的结果就是NaN。NaN参与运算的结果也为NaN(关系运算除外)。 第三章 数 据 类 型 说明： MATLAB中所有的数据默认类型均为双精度类型，包括像NaN和Inf在内的上述若干常数。 对NaN和Inf进行数据转化时要注意，Inf将获取相应数据类型的最大值，而NaN往往返回相应整数数据类型的数值0，浮点数类型则仍然为NaN。 在运算中使用NaN可以避免因为执行了0/0这类能够产生错误的应用程序中断，可以辅助调试应用程序。 第三章 数 据 类 型 3.2.4 空数组空数组 所谓空数组，就是指那些某一个维或者某些维的长度为0的数组。它是为了完成某些M

12、ATLAB操作和运算而专门设计的一种数组。利用空数组可以修改数组的大小，但是不能修改数组的维数。 下面通过具体的例子来说明空数组创建和使用的过程。 例子3-6 创建空数组。 和创建普通的数组(矩阵)一样，创建空数组也有不同的方法，在MATLAB命令行窗口中键入下面的命令： 第三章 数 据 类 型 A = A = B = ones(2,3,0)B = Empty array: 2-by-3-by-0 C = randn(2,3,4,0)C = Empty array: 2-by-3-by-4-by-0 whos Name Size Bytes Class A 0 x0 0 double arra

13、y B 2x3x0 0 double array C 4-D 0 double arrayGrand total is 0 elements using 0 bytes 第三章 数 据 类 型 空数组并不意味着什么都没有，使用whos命令可以看到空数组类型的变量在MATLAB的工作空间中确实存在。在数组编辑器中也可以对空数组进行编辑，填充矩阵的元素。第三章 数 据 类 型 3.3 逻辑类型和关系运算逻辑类型和关系运算 3.3.1 逻辑数据类型逻辑数据类型 所谓逻辑数据类型就是仅具有两个数值的一种数据类型，其中，一个数值为TRUE，另外一个数值为FALSE。在MATLAB中，参与逻辑运算或者关系

14、运算的并不一定必须有逻辑类型的数据，任何数值都可以参与逻辑运算。这时，MATLAB将所有非零值看作逻辑真，将零值看作逻辑假。一般地，1表示逻辑真，0表示逻辑假。 和一般的数值类型类似，逻辑类型的数据只能通过数值类型转换，或者使用特殊的函数生成相应类型的数组或者矩阵。 第三章 数 据 类 型 表表3-4 创建逻辑类型数据的函数创建逻辑类型数据的函数 第三章 数 据 类 型 例子例子3-8 创建逻辑类型数组。在MATLAB命令行窗口中，键入下面的指令： A = eye(3); B = logical(A)B = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 C = true(size(A)C = 1 1 1

15、 1 1 1 1 1 1 第三章 数 据 类 型 3.3.3 关系运算关系运算 关系运算是用来判断两个操作数关系的运算，MATLAB中的关系运算和C语言的关系运算基本一致，主要有六种，见表3-6。 表表3-6 MATLAB中的关系运算符中的关系运算符 第三章 数 据 类 型 参与关系运算的操作数可以使用各种数据类型的变量或者常数，运算的结果是逻辑类型的数据。标量也可以和矩阵或者数组进行比较，比较的时候将自动扩展标量，返回的结果是和数组同维的逻辑类型数组。如果进行比较的是两个数组，则数组必须是同维的，且每一维的尺寸也必须一致。 第三章 数 据 类 型 3.3.4 运算符的优先级运算符的优先级在M

16、语言中可以将这些不同的运算符组合起来创建复杂的运算表达式。M语言的运算符和普通的高级编程语言类似，也具有相应的计算优先级。这里将M语言的运算以及相应的计算优先级进行了总结： (1) 括号( )。 (2) 数组转置(.)，数组幂(.)，复转置()，矩阵幂()。 (3) 一元加(+)，一元减(-)，逻辑非()。 (4) 数组乘法(.*)，数组除法(./)，数组左除(.)，矩阵乘法(*)，矩阵右除(/)，矩阵左除()。 (5) 加法(+)，减法(-)。 第三章 数 据 类 型 (6) 冒号运算符(:)。 (7) 小于()，小于等于()，大于等于(=)，等于(= =)，不等于(=)。(8) 元素与(&

17、)。(9) 元素或(|)。(10) 短路逻辑与(&)。(11) 短路逻辑或(|)。 第三章 数 据 类 型 上面的运算符优先级是由高到低排列的，例如括号运算符的优先级最高，数组转置等次之。如果同一级别的运算符出现在表达式中，则按照运算符在表达式中出现的次序，由左向右排列。在使用M语言编写程序时，需要灵活使用这些运算符来具体实现不同的算法。 第三章 数 据 类 型 3.4 字字 符符 串串 （不要求）（不要求）3.4.1 字符串入门字符串入门 例子3-15 字符串的创建。在MATLAB命令行窗口中，键入下面的指令： a = 127a = 127 class(a)ans =double size(

18、a)ans = 第三章 数 据 类 型 1 1 b = 127b = 127 class(b)ans = char size(b)ans = 1 3 whos Name Size Bytes Class a 1x1 8 double array ans 1x2 16 double array b 1x3 6 char arrayGrand total is 6 elements using 30 bytes 第三章 数 据 类 型 创建字符串时，只要将字符串的内容用单引号包含起来就可以了，若需要在字符串内容中包含单引号，则需要在键入字符串内容时，连续键入两个单引号即可，例如 c = Isnt

19、it?c =Isnt it? 另外，使用char函数可以创建一些无法通过键盘输入的字符，该函数的作用是将输入的整数参数转变成为相应的字符，一般地转换成为相应的Unicode字符。同样字符串也可以转变成为相应的双精度数据。第三章 数 据 类 型 作为编程语言，必须能够和用户的输入进行交互，所以MATLAB也提供了相应的函数用来完成获取用户输入数据的功能，这个函数就是input函数，它的基本用法如下：A = input(prompt);A = input(prompt, s) 其中，prompt为提示用的字符串，若具有第二个参数s，则输入数据为字符串，否则为双精度数据，参见例子3-26。 第三章

20、数 据 类 型 例子例子 input函数的例子。在MATLAB命令行窗口中，键入下面的指令： A = input(随便输入数字：)随便输入数字：123A = 123 whos Name Size Bytes Class A 1x1 8 double arrayGrand total is 1 element using 8 bytes A = input(随便输入数字：, s) 第三章 数 据 类 型 随便输入数字：123A =123 whos Name Size Bytes Class A 1x3 6 char arrayGrand total is 3 elements using 6 b

21、ytes 注意比较两次输入得到的变量A数据类型可以看出，在input函数中，第二个参数若指定为s的时候，则输入数据默认为字符串的格式。 第三章 数 据 类 型 3.7 本本 章章 小小 结结 本章集中介绍了MATLAB的各种数据类型，其中包括了基本的数值类型、逻辑类型数据、元胞数组、结构和字符串等，同时介绍了部分处理这些不同类型数据变量的函数。本章以及第二章的内容都是后面章节中进一步学习使用MATLAB的基础。MATLAB作为一种开发环境，一种计算软件，其数据管理和维护的能力非常强，所以，在进行后面章节的学习之前，读者一定要充分地掌握这些数据类型的基本用法。掌握这些基本的数据类型，不仅能够便于读者快速入门学习M语言编程，灵活合理地使用不同的数据类型和相关的函数，而且还能够有效地提高编写和执行MATLAB应用程序的效率。因此请读者一定要熟练掌握本章的内容，这样，在后面的学习过程中就会有一种轻车熟路的感觉了。 第三章 数 据 类 型 练习与思考(1)x=-5:5; y=abs(x3); z=x(abs(x=3);(2)a=3;b=4; bitand(uint8(a),uint8(b)=?; biror(uint8(a),uint8(b)=?;