Matlab 基礎知識-4

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Matlab 的資料類型

Matlab 分為以下幾種資料型態

Numeric Type

數值類型 (Numeric Type) 又可依數值型態分為整數 (Integer) 及浮點數 (Float)。

整數 (Integer) 下分有無符號及佔用位元組數分為 8 種整數類型。

浮點數 (Float) 下分單精度 (Single)及雙精度 (Double)，其中雙精度為 Matlab 默認存儲所有數值的型態。

Numeric Type 會影響與記憶體的佔用大小，與 Double 相比，以 Integer 和 Single 形式儲存的數據會更節省記憶體空間。

Logical

指的是布林值 (Boolean) 的數據與數據之間的邏輯 (Logical) 關係，在 Matlab 中把任何非零數值當為真，把零當為假，把所有關係以邏輯表達式輸出：對於真 (True) 輸出為 1；對於假 (False) 輸出為 0。
在 Matlab 中邏輯運算所使用的運算符號如下表所示。

Characters (String)

字元 (Characters) 和字串 (String) 主要用於儲存本文數據；一個英文字母、數字或其他的符號 (包含空白符號)，我們稱它為 Characters，而 String 就是一段文字，是由一個或多個 Characters 所組成的。
在 Matlab 中，一個 String 是被視為一個列向量 (Row Vector) 所儲存，而此一字串中的每一個 Characters，是以其 ASCII 碼的形式存放於此 Row Vector 中的元素 (Element)，每個字元會佔用 2 Bytes 的記憶體空間。
在 Matlab 中是使用單引號 ’ 做為 String 符號，如果在 String 中要顯示單引號，在字串中需使用雙單引號 e.g. ’shuwn''s program'。

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>> string = 'hello world' 
string =
    'hello world'
>> a = abs (string)
a =
   104   101   108   108   111    32   119   111   114   108   100 % 這一行稱為 Vector，顯示 Characters 對應 ASCII 的編碼，每個字元編碼稱為 Element

另外，在 Matlab 中較為特殊的是，String 可視為行向量 (Column)

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>> b='hello'
>> c='world'
>> a=[b c]
b =
    'hello '
c =
    'world'
a =
    'hello world'

此外，String 也可視為 Matrices，但這種用法很罕見，同時要求各行 String 長度一樣，否則將違反矩陣行列數規定。

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>> a=['ab';'cd']
a =
  2×2 char array
    'ab'
    'cd'

當然 String 的值也可以是特殊符號，比如 ’,’
就定義了逗號，而最特殊的就是定義單引號，因為單引號會和字元串定義中的單引號混淆，因此 Matlab 中用兩個單引號表示一個單引號，如下面範例所示。

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>> a=''''
a =
    '''

Cell

細胞型資料結構 (Cell) 其作用是可以儲存不同的資料型態於同一個陣列中，它是一種廣義矩陣，可以包含 Matlab 任意類型的數據，通常包含 String、Numeric 組合或不同大小的 Matrices，使用 { } 來創建、顯示。

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>> c = {'x', [1:3;4:6;7:9]; 10, pi}
c =
  2×2 cell array
    {'x' }    {3×3 double}
    {[10]}    {[  3.1416]}

Structure

結構 (Structure) 是由單一或多個資料欄位 (Field) 所組成，每個 Field 可以容納 Matlab 任意類型的數據，以下是一組範例說明。

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%% 以下為 Structure 的建立，設置 Structure 名稱為 student，在 student 下為各個 Field 設置名稱、內容，其中內容由 Element 所組成
%% Field 可以是任意類型的數據，但是旗下的 Element 類型需一致
>> student.name = 'Shuwn'
>> student.subject = {'English' 'Chinese' 'Math'}
>> student.result = [60, 100, 99]

%% 以下為呼叫 student 的 Structure 內容 
>> student
student = 
  struct with fields:
       name: 'shuwn'
    subject: {'English'  'Chinese'  'Math'}
     result: [60 100 99]

點選 Workspace 的 student value，我們在 Variables 視窗中可以看到 student 的 Structure 內容是各種類型的數據所組成。

Function Handle

函式句柄 (Function Handle) 是一種能夠提供對函式 (Function) 間接呼叫的一種方式，它屬於 Matlab 一種數據類型，是一種 Variables，它可以保有所呼叫函式的所有要資訊，而且在呼叫函式時並不需要考慮所在呼叫位置，以下為 Function Handle 的基本架構。

  • Function Handle 是透過在函式名稱前添加一個 @ 符號來創建
  • 其 Function Handle 所創建的 Variables，仍比照 Variables 的命名方式

以下為一個自定義的簡單 Functions File

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function y = my_function(x)
y = x^2-2*x+1
end

我們在 Command Windows 中下達指令

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>> fh1 = @my_function						%fh1 即為創建的 Functions File
fh1 =
  function_handle with value:
    @my_function
											
>> fh1 (10)								%導入引數 (Arguments) 為 10，求其解。10 會導入至Functions File 的 my_function (x) 中做計算並導出 y 值
y =
    81
ans =
    81

另一種無 Arguments 的 Function Handle 使用方式

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>> fh2 = @randn							%使用 Matlab 內建 Functions 「randn」 創建 Functions File
fh2 =
  function_handle with value:
    @randn

>> fh2 (2)								%指定產生 2*2 的方正矩陣
ans =
    1.8339    0.8622
   -2.2588    0.3188

>> fh2 ()									%因 randn 可以不輸入 Arguments 產生單一亂數，若沒有輸入 Arguments 時，仍須加上圓括弧 ()
ans =
   -1.3077

Function Handle 的使用重點

  1. 將函式的存取資訊傳遞給其他的函式 (可從main-Function 以外的地方，呼叫 local-Function)。
  2. 增進須重複運算的程式執行效率。
  3. 允許局部函式與專用函式更廣泛的存取範圍。
  4. 包含更多函式在同一 m-File 裡以方便 Functions 檔案的管理。