Массивы MatLab могут состоять не только из чисел или символов, но содержать и более сложно организованную информацию. Пусть необходимо хранить и обрабатывать информацию о группе из пяти студентов. Информация о каждом студенте включает в себя:
§ фамилию;
§ имя;
§ год рождения;
§ экзаменационные оценки по четырем предметам.
Структура данных, относящихся к каждому из студентов, одинакова (имеет одинаковые поля), а содержание структуры (значения полей структуры) индивидуально для каждого из студентов. Для хранения в MatLab такой однотипно организованной информации предназначен массив структур. Назовем массив структур GR521, а его поля: Fam, Name, Year и Marks.
Обращение к структурам массива производится при помощи индексации, например: GR521(4) — четвертая структура массива GR521. Названия полей отделяется от структуры при помощи точки. Скажем, для получения имени второго студента, следует воспользоваться обращением GR251(2).Name. Заметьте, что поля Fam и Name содержат строки, поле Year — число, а Marks — вектор длины четыре (поскольку записаны оценки по четырем предметам). Создайте файл-программу fillinfo для заполнения массива структур GR251 (см. листинг 8.1).
После запуска fillinfo в рабочей среде образовался массив структур GR521. Функция size позволяет получить его размеры, в данном случае один на пять[1]. Длину одномерного массива структур возвращает функция length. Введите имя массива в командную строку и нажмите <Enter> — содержимое каждой структуры не отображается, выводятся только сведения о размере массива и названия полей. Для отображения в командном окне содержимого каждой структуры следует обратиться непосредственно к ней, например: GR521(2) или disp(GR521(2)).
Листинг 8.1. Файл-программа fillinfo для заполнения массива структур
GR521(1).Fam='Алексеев'; GR521(1).Name='Иван';
GR521(1).Year=1982; GR521(1).Marks=[4 5 5 4];
GR521(2).Fam='Иванов'; GR521(2).Name='Сергей';
GR521(2).Year=1981; GR521(2).Marks=[3 4 4 5];
GR521(3).Fam='Николаев'; GR521(3).Name='Олег';
GR521(3).Year=1981; GR521(3).Marks=[5 5 5 5];
GR521(4).Fam='Петрова'; GR521(4).Name='Анна';
GR521(4).Year=1982; GR521(4).Marks=[5 5 5 4];
GR521(5).Fam='Федорова'; GR521(5).Name='Елена';
GR521(5).Year=1982; GR521(5).Marks=[3 3 3 4];
При работе с массивами структур требуется производить некоторые операции либо над структурами, либо с их содержимым. Элемент массива структур всегда можно выделить в отдельную структуру и наоборот, заменить его на другую структуру (с аналогичным набором полей). Например, для перестановки первых двух структур в массиве GR521 достаточно использовать вспомогательную структуру help:
» help=GR521(2);
» GR521(2)=GR521(1);
» GR521(1)=help;
Доступ к данным структур осуществляется при помощи полей, причем обязательно учитывать, что именно содержит поле: строку, число или массив. Предположим, что требуется по заданной структуре вида GR521 сформировать массив строк с фамилиями и именами каждого из студентов. Файл-функция namesgroup, приведенная на листинге 8.2, решает поставленную задачу. Предполагается, что входной аргумент GR является структурой вида GR521. Сначала в строковые переменные f и n выделяются фамилия и имя первого студента, из которых формируется строка N. Затем в цикле из каждой структуры массива GR извлекаются фамилия и имя текущего студента, они объединяются в строку str, которая добавляется в массив строк при помощи функции char.
Листинг 8.2. Файл-функция, формирующая массив строк с фамилиями и именами
function N=namesgroup(GR)
f=GR(1).Fam;
n=GR(1).Name;
N=[f, ' ', n];
for k=2:length(GR)
f=GR(k).Fam;
n=GR(k).Name;
str=[f, ' ', n];
N=char(N, str);
end
Проверьте работу файл-функции namesgroup, вызвав ее от массива GR521 с выходным аргументом NAMES, а затем отобразите содержимое NAMES в командное окно при помощи функции disp:
» NAMES=namesgroup(GR521);
» disp(NAMES)
NAMES =
Алексеев Иван
Иванов Сергей
Николаев Олег
Петрова Анна
Федорова Елена
Структуры массива можно дополнить новым полем, для чего следует присвоить значение этому полю в какой-нибудь структуре массива, например, первой. Добавьте в массив GR521 поле NBook, предназначенное для хранения номера зачетной книжки студента:
» GR521(1).NBook=599001;
Созданное поле, разумеется, образуется во всех структурах массива, но только в первой из них будет содержать заданное значение (проверьте!). Поле NBook остальных структур массива следует заполнить отдельно. Обратная операция — удаление поля из всех структур массива — осуществляется при помощи функции rmfield. Входными аргументами rmfield являются имя массива структур и название поля, а выходным — имя массива, в который следует записать обновленный массив структур:
» g251=rmfield(GR521,'Year');
При работе с массивами структур часто возникает ситуация, когда название поля хранится в строковой переменной и требуется получить доступ к соответствующему полю. Функция getfield предназначена для получения значения поля структуры по строке с его названием. Входными аргументами getfield являются структура и строка с названием поля, а выходным — его значение.
» field2='Fam';
» fam1=getfield(GR521(1),field2);
Заметьте, что к аналогичному результату приводит fam1=GR512(1).Fam. Для изменения значения поля по строке с его названием служит функция setfield. Во входных аргументах setfield задаются: структура, строка с названием поля и его новое значение, а в выходном — возвращается измененная структура:
» field3='Year';
» GR521(1)=setfield(GR521(1),field3,1981);
На том же самом принципе основана функция struct, которая заполняет структуру по строкам с названием полей. Входными ее аргументами являются пары 'название поля'‑значение, а выходным — структура:
Определение названий полей в заданном массиве структур или структуре производится при помощи функции fieldnames. Ее входным аргументом является массив структур или структура, а выходным — названия полей, записанные в массив ячеек. Про массив ячеек сказано ниже, приведем здесь только примеры, демонстрирующие получение названий полей с использованием fieldnames:
» Fields=fieldnames(GR521);
» field3=Fields(3)
field3 =
'Year'
Массив ячеек является самым универсальным способом хранения разнородных данных. Его элементами могут быть числа, числовые массивы, строки, структуры и массивы строк и структур. Присваивание значений ячейкам массива требует заключения индексов в фигурные скобки, а при обращении к ячейкам можно использовать как фигурные, так и круглые скобки. Листинг 8.3 содержит пример заполнения двумерного массива ячеек CMAS размера два на два. Ячейка с номером {1,1} содержит матрицу, {1,2} — строку, {2,1} — массив строк, {2,2} — структуру с полями Data и Time.
Листинг 8.3. Заполнение массива ячеек
clear CMAS
CMAS{1,1}=[-2.2 0.9; 5.6 -8.3];
CMAS{1,2}='This is a string';
CMAS{2,1}=char('first string','second string');
CMAS{2,2}.Data=[3.981 9.765 4.442 0.003];
CMAS{2,2}.Time=[0.11 0.12 0.13 0.14];
Обратите внимание, что перед заполнением массива ячеек целесообразно использовать команду clear CMAS для удаления (возможно существующей в рабочей среде) переменной CMAS. Дело в том, что при наличии, к примеру, числовой переменной CMAS, последующее заполнение ее как массива ячеек приведет к сообщению об ошибке. Другие типы переменных не требуют вызова clear — последовательность присваиваний s=1, s='string' допустима в MatLab.
Для отображения данных, хранящихся в массиве ячеек, MatLab предлагает две функции: celldisp, которая выводит в командное окно содержимое каждой ячейки, и cellplot, предназначенная для визуализации содержимого массива в графическом окне. Программная обработка разнородных данных значительно облегчается благодаря ряду функций, которые позволяют установить тип содержимого ячейки[2]. Перечисленные ниже функции возвращают логическую единицу или ноль в зависимости от типа входного аргумента:
§ ischar(a) — равно 1, если a является строкой или массивом строк;
§ isnumeric(a) — равно 1, если a является числом или числовым массивом;
§ isstruct(a) — равно 1, если a является структурой или массивом структур.
Задания для самостоятельной работы
Задан массив структур с информацией о группе студентов. Написать файл-функцию для решения следующей задачи.
Варианты
1. Подсчитать средний балл каждого студента и вывести столбцевую диаграмму успеваемости.
2. Найти фамилию наиболее успевающего студента.
3. Сформировать матрицу, строки которой содержат оценки каждого из студентов.
4. Определить, есть ли в группе студент с заданной фамилией.
5. Расположить структуры массива в соответствии с успеваемостью студентов.
Задания для самостоятельной работы
Задан одномерный массив ячеек, который может содержать данные различных типов. Написать файл-функцию для решения следующей задачи.
Варианты
1. Определить количество ячеек, содержащих числа или числовые массивы.
2. Найти номера ячеек, которые содержат только числа, но не массивы.
3. Объединить в один массив все строки и массивы строк, входящие в массив ячеек.
4. Отобразить столбцевыми диаграммами все данные, являющиеся векторами.
5. Выделить в массив структур все структуры, входящие в массив ячеек (предполагается, что поля всех структур одинаковы).
[1] Массив структур может быть и двумерным, тогда для его заполнения и обращения к его элементам следует применять два индекса (как для матриц).
[2] Разумеется, при помощи данных функций можно определить тип любой переменной, а не только ячейки массива.
