5  Cell数组

元胞数组(cell)是MATLAB的一种特殊数据类型。可以将元胞数组看做一种无所不包的通用矩阵,或者叫做广义矩阵。组成元胞数组的元素可以是任何一种数据类型的常数或者常量,每一个元素也可以具有不同的尺寸和内存占用空间,每一个元素的内容也可以完全不同。和一般的数值矩阵一样,元胞数组的内存空间也是动态分配的。图3-3是元胞数组的结构示意图,表示的是一个2´3的元胞数组。元胞数组的第1行包括了无符号整数、字符串数组和一个复数数组,第2行包括了其他3种类型的数组,其中最后一个是另外的元胞数组的嵌套。

图3-3  元胞数组结构示意图

和数值数组一样,元胞数组的维数不受限制,元胞数组可以是一维的、二维的,也可以是多维的。对元胞数组的元素进行寻访,可以使用“单下标”方式或者“全下标”方式。

结构数组和元胞数组有着非常相似的功能,但是二者又有所区别,具体比较如下。

结构数组和元胞数组在使用目的上类似,都是提供一种存储混合格式数据的方法。二者最大的区别在于:结构数组存储数据的容器称做“域”,而元胞数组是通过数字下标索引来进行访问的。

结构数组经常用于重要数据的组织存储。而元胞数组因为采用数字下标,所以经常在循环控制流中使用。元胞数组还常被用来存储不同长度的字符串。

在实际应用中,二者一般可以随意选择,多数情况下无论选用其中哪一种类型都可以达到目的,用户可以根据自己的习惯和实际应用来决定。

5.1  Cell数组的创建

组成元胞数组的数据可以是任意类型的数据,所以在创建元胞数组之前需要创建相应的数据。本小节结合具体的实例介绍创建元胞数组的方法。

在表现形式上,元胞数组和一般矩阵一样,元胞数组的尺寸也必须是长方形的。一般矩阵的创建使用中括号" [ ] ",而元胞数组使用的是花括号"{ }"。元胞数组的创建方式同矩阵的创建方式类似,只需要将中括号" [ ] "替换为花括号"{ }"即可。在元胞数组创建的过程中使用逗号或者空格来分隔元素,使用分号来分行。

【例3-21】  创建元胞数组示例。

>> A = {[1 4 3; 0 5 8; 7 2 9], 'Anne Smith'; 3+7i, -pi:pi/4:pi};

[3x3 double]    'Anne Smith'

[3.0000 + 7.0000i]    [1x9 double]

本例中元胞数组A的第一个元素是一个数值矩阵,矩阵的输入只需要使用正常的中括号" [ ] "即可。而第一行第二列字符串也是正常使用单引号即可。

【例3-22】  嵌套元胞数组创建示例。

(1)直接创建嵌套元胞数组,只需要将内层和外层的元胞数组都用花括号括起来即可。

>> header = {'Name', 'Age', 'Pulse/Temp/BP'};    %  元胞数组的创建

>> records(1,:) = {'Kelly', 49, {58, 98.3, [103, 72]}};%  嵌套元胞数组的创建

>> header, records

'Name'    'Age'    'Pulse/Temp/BP'

'Kelly'    [49]    {1x3 cell}

(2)通过分步来创建元胞数组则更加清楚明了。

>> vitalsigns = {60, 98.4, [105, 75]};

>> records(1,:) = {'Kelly', 49, vitalsigns}

%  将元胞数组vitalsigns嵌套进records

'Kelly'    [49]    {1x3 cell}

【例3-23】  依次创建元胞数组示例。

用户还可以通过每次创建一个元胞的方式,依次创建元胞数组,MATLAB会根据表达式依次对原有的元胞数组进行扩展,从而建立新的元胞数组。例如:

>> A(1,2) = {'Anne Smith'};

>> A(2,1) = {3+7i};

>> A(2,2) = {-pi:pi/4:pi};

如果用户对超出数组尺寸的元胞进行赋值,那么MATLAB就会自动扩展至新的尺寸,以将新赋的值包括进来。例如将上面的A由2´2扩展为3´3,可以使用如下命令:

>> A(3,3) = {5};

扩展之后的元胞数组A示意图如图3-4所示。

图3-4  元胞数组A示意图

除了上面所讲的方法之外,MATLAB还提供了一个专门的函数来建立元胞数组,即cell函数。cell函数用于创建一维、二维或者多维空元胞数组。

【例3-24】  创建空元胞数组示例。

>> a=cell(1)

>> b=cell(3,3)

[]     []     []

[]     []     []

[]     []     []

>> c=cell(2,2,2)

[]     []

[]     []

[]     []

[]     []

>> whos

Name      Size             Bytes  Class    Attributes

a         1x1                  8  cell

b         3x3                 72  cell

c         2x2x2               64  cell

使用cell函数创建空元胞数组的主要目的,是为数组预先分配连续的存储空间,节约内存占用,提高执行的效率。

5.2  Cell数组的寻访

元胞数组的寻访和一般数组的寻访类似,但是情况更为复杂。

对于二维数组A来说,A(2,4)表示的就是数组第2行第4列上的元素。但是对域元胞数组来说就不这么简单了。在元胞数组中,元胞和元胞里的内容是两个不同范畴的东西。因此,寻访元胞和元胞中的内容是两种不同的操作。为寻访不同的内容MATLAB设计了两种不同寻访的方法:“元胞外标识(cell indexing)”和“元胞内编址(Content addressing)”。

以元胞数组A为例,A(2,4)指的是元胞数组中的第2行第4列的元胞元素,而A{2,4}指的则是元胞数组中的第2行第4列的元胞内容。注意:这两种方式的区别仅在于使用的括号不同。

【例3-25】  元胞数组的寻访示例。

>> a={20,'matlab';ones(2,3),1:3}

[        20]    'matlab'

[2x3 double]    [1x3 double]

>> str=a{1,2}       %  返回字符型数组str,a{1,2}表示对应元胞的内容

>> class(str)       %  查看变量str的数据类型,结果确为字符型

>> str2=a(1,2)      %  a(1,2)表示元胞数组中的一个元胞

>> class(str2)      %  查看变量str2的数据类型,结果为元胞数组