MATLAB03:数据类型与文件读写

短命女 2022-12-04 02:19 271阅读 0赞

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**目录**

数据类型

数值类型(numeric)

字符串类型(char)

结构体(structure)

结构体的基本使用

结构体的常用函数

元胞数组(cell)

元胞数组的基本使用

元胞数组的常用函数

高维元胞数组

判断变量数据类型的函数

文件读写

读写MATLAB格式的数据

读写Excel表格

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

学习一门技术最好的方式就是阅读官方文档,可以查看[MATLAB官方文档][MATLAB]

# 数据类型 #

MATLAB中主要的数据类型如下:

![MATLAB中的数据类型][MATLAB 1]

下面依次介绍各种主要的数据类型,[MATLAB官方文档][MATLAB 2]介绍了所有数据类型.

## 数值类型(numeric) ##

在MATLAB中,数值类型的变量被默认为`double`类型的,可以使用类型转换将其转换为其他数值类型.

n = 3;
    class(n)	% 得到 double
    
    n = int8(3);
    class(n)	% 得到 int8

MATLAB支持的数值类型见下表:

<table style="width:357px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:140px;">数值类型</th> 
   <th style="width:215px;">描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>double</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">双精度浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>single</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">单精度浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>int8</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">8位带符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>int16</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">16位带符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>int32</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">32位带符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>int64</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">64位带符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>uint8</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">8位无符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>uint16</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">16位无符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>uint32</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">32位无符号整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:140px;"><span style="color:#f33b45;"><code>uint64</code></span></td> 
   <td style="width:215px;">64位无符号整数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 字符串类型(char) ##

*  在MATLAB中,字符串类型由一对单引号`'`包裹一段文字来定义.标准ASCII字符可以被转换为对应的ASCII码.
    
        s1 = 'h';
        uint16(s1)	% 得到 104
 *  字符串在内存中是以字符矩阵的形式存储的,可以对其进行矩阵的索引以及赋值操作:
    
        str1 = 'hello';
        str2 = 'world';
        
        str3 = [str1 str2];
        size(str3)		% 得到 [1 10]
        
        str4 = [str1; str2];
        size(str4)		% 得到 [2 5]
    
        str = 'aardvark';
        'a' == str				% 得到 [1 1 0 0 0 1 0 0]
        str(str == 'a') = 'Z'	% 得到 'ZZrdvZrk'

## 结构体(structure) ##

在MATLAB中,结构体是一个存储`{键: 值}`的数据结构,类似于Python语言中的字典.

### 结构体的基本使用 ###

*  与大多数编程语言类似,MATLAB使用`.`来访问结构体中的字段:
    
                                                  ![结构体][20191114143804469.png]
    
        student.name = 'John Doe';
        student.id = 'jdo2@sfu.ca';
        student.number = 301073268;
        student.grade = [100, 75, 73; ...
                         95, 91, 85.5; ...
                         100, 98, 72];
        student
 *  对结构体列表使用下标表达式可以扩充或缩减结构体列表.
    
                     ![结构体数组][20191114143906392.png]
    
        student(2).name = 'Ann Lane';
        student(2).id = 'aln4@sfu.ca';
        student(2).number = 301078853;
        student(2).grade = [95 100 90; 95 82 97; 100 85 100];
        student
        
        student(1) = []		% 删除student列表第一项
 *  结构体可以级联,即结构体中字段的取值也可以是结构体:
    
    ![结构体的级联][20191114143940712.png]
    
        A = struct('data', [3 4 7; 8 0 1], ...
        	'nest', struct('testnum', 'Test 1', ...
                'xdata', [4 2 8], ...
                'ydata', [7 1 6]));
        A(2).data = [9 3 2; 7 6 5];
        A(2).nest.testnum = 'Test 2';
        A(2).nest.xdata = [3 4 2];
        A(2).nest.ydata = [5 0 9];
        
        A

### 结构体的常用函数 ###

<table style="width:438px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:168px;">函数</th> 
   <th style="width:267px;">作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>struct</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">创建结构体</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>struct2cell</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">将结构体转换为元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cell2struct</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">将元胞数组转换为结构体</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isstruct</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">判断某变量是否是结构体</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>structfun</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">对结构体的每个字段都应用某函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:267px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>fieldnames</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">获取结构体的所有字段名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isfield</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">判断结构体是否包含某字段</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>getfield</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">获取结构体某字段的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>setfield</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">为结构体中的某字段赋值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>rmfield</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">删除结构体中的某字段</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:168px;"><span style="color:#f33b45;"><code>orderfields</code></span></td> 
   <td style="width:267px;">为结构体字段排序</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 元胞数组(cell) ##

在MATLAB中,元胞数组是一个可以容纳不同类型元素的数据结构,类似于Python语言中的列表.

### 元胞数组的基本使用 ###

*  我们可以使用`{}`像定义矩阵一样定义元胞数组:
    
                                                ![元胞数组][2019111414434878.png]
    
        A = { [1 4 3; 0 5 8; 7 2 9]		'Anne Smith' ;...
        3+7i		-pi:pi:pi}
    
        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{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

上面三种方式是等价的,其中第二种方式使用**单元索引**赋值,而第三种方式使用**内容索引**赋值.

*  有两种方式访问元胞数组中的数据,分别是: **单元索引**`()`和**内容索引**`{}`.
    
    因为元胞数组的子集仍为元胞数组,在索引器内容的使用,我们有必要指明我们要访问的的是一个**子元胞数组**还是**元胞数组对应区域中的内容**.
    
    关于单元索引和内容索引的区别,请参考[官方文档][Link 1]
    
     *  使用**单元索引**`()`,我们得到的是一个**子元胞数组**.
     *  使用**内容索引**`{}`,我们得到的是**元胞数组对应区域中的内容**.

### 元胞数组的常用函数 ###

<table style="width:411px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:133px;">函数</th> 
   <th style="width:275px;">作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cell</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">创建一个元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>iscell</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">判断某变量是否为元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:275px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cell2mat</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">将元胞数组转为矩阵</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cell2struct</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">将元胞数组转为结构体</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>mat2cell</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">将数组转换为指定大小元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>num2cell</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">将数组转换为相同大小的元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>struct2cell</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">将结构体转换为元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;">&nbsp;</td> 
   <td style="width:275px;">&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>celldisp</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">递归显示元胞数组中的内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cellplot</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">以图像形式绘制元胞数组的结构</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:133px;"><span style="color:#f33b45;"><code>cellfun</code></span></td> 
   <td style="width:275px;">对元胞数组的每个元胞应用某函数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中`mat2cell`函数可以在转换的时候指定元胞数组各元胞的尺寸.

a = magic(3)
    
    b = num2cell(a)
    % 得到
    % [8] [1] [6]
    % [3] [5] [7]
    % [4] [9] [2]
    
    c = mat2cell(a, [1 2], [2, 1])
    % 得到
    % [1x2 double] [6]
    % [2x2 double] [2x1 double]

### 高维元胞数组 ###

一个三维的元胞数组可以有**行**(row),**列**(column),**层**(layer)三个维度.在对元胞数组进行索引时,优先级从高到低的顺序分别是: 行→列→层.

![高维元胞数组][20191114144120652.png]

使用`cat`函数可以在指定维度上对元胞数组进行拼接.

![元胞数组的拼接][20191114144211762.png]

## 判断变量数据类型的函数 ##

下列函数可以对变量类型进行判断:

<table style="width:442px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="width:123px;">函数</th> 
   <th style="width:316px;">作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isinteger</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为整型数数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>islogical</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为逻辑量数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isnumeric</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为数值数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isreal</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为实数数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>ischar</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为字符数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>iscell</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入参数是否为元胞数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isfloat</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入数组是否为浮点数组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>ishandle</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入数组是否有效的图形句柄</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isempty</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断输入数组是否为空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isprime</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">确定哪些数组元素为质数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isnan</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">确定哪些数组元素为<span style="color:#f33b45;"><code>NaN</code></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isinf</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">确定哪些数组元素为<span style="color:#f33b45;"><code>Inf</code></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:123px;"><span style="color:#f33b45;"><code>isequal</code></span></td> 
   <td style="width:316px;">判断数组是否相等</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 文件读写 #

MATLAB支持的文件类型如下:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>文件内容</th> 
   <th>扩展名</th> 
   <th>读取文件的函数</th> 
   <th>写入文件的函数</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>MATLAB数据</td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>*.mat</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>load</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>save</code></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Excel表格</td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>*.xls</code>,<code>*.xlsx</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>xlsread</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>xlswrite</code></span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>空格分隔的数字</td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>*.txt</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>load</code></span></td> 
   <td><span style="color:#f33b45;"><code>save</code></span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 读写MATLAB格式的数据 ##

MATLAB工作区内的数据可以以`*.mat`格式保存在文件中.使用`save`函数将数据存入文件,使用`load`函数从文件中读取数据.

*  `save`函数的语法如下:
    
     *  `save(filename,variables)`将变量`variables`以二进制形式存入文件中.
     *  `save(filename,variables,'-ascii')`将变量`variables`以文本形式存入文件中.
 *  `load`函数的语法如下:
    
     *  `load(filename)`从二进制形式文件中读取数据.
     *  `load(filename,'-ascii')`从文本形式文件中读取数据.

其中参数`filename`和`variables`都是字符串格式,若不指定`variables`参数,则将当前工作区内所有变量存入文件中.

> 复杂的数据格式,如`struct`和`cell`,不支持以二进制格式存储.

## 读写Excel表格 ##

使用`xlsread`和`xlswrite`函数可以读写Excel数据,语法如下:

*  读取Excel文件的语法:`[num,txt,raw] = xlsread(filename,sheet,xlRange)`
    
                                ![在这里插入图片描述][2019111416031957.png]
    
        Score = xlsread('04Score.xlsx')
        Score = xlsread('04Score.xlsx', 'B2:D4')
        [Score Header] = xlsread('04Score.xlsx')
 *  写入Excel的语法:`xlswrite(filename,A,sheet,xlRange)`
    
        M = mean(Score);
        xlswrite('04Score.xlsx', M, 1, 'E2:E4');
        xlswrite('04Score.xlsx', {'Mean'}, 1, 'E1');

[https_blog.csdn.net_ncepu_Chen_article_details_103065580]: https://blog.csdn.net/ncepu_Chen/article/details/103065580
[MATLAB]: https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/getting-started-with-matlab.html?lang=en
[MATLAB 1]: /images/20221123/12cd5f26be014a6685cf59d068842826.png
[MATLAB 2]: https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/data-types.html?lang=en
[20191114143804469.png]: /images/20221123/9cc08155252441e48120f83c78b8c29d.png
[20191114143906392.png]: /images/20221123/9e0d3d2d97d1415bafdf9816ef4b6d4f.png
[20191114143940712.png]: /images/20221123/b910634cb91b4a92928a6893b541aa5c.png
[2019111414434878.png]: /images/20221123/aba90700ced34f01aa11d0decf95130d.png
[Link 1]: https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/matlab_prog/access-data-in-a-cell-array.html
[20191114144120652.png]: /images/20221123/7d45692d42f94bb78b1f21535e2bd422.png
[20191114144211762.png]: /images/20221123/1c83905ba28b4f8abbdcdaaeebc846c0.png
[2019111416031957.png]: /images/20221123/cba4dbc98ffc4f769f41e507fe054d8d.png