基于元胞數(shù)據(jù)的多維數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制

王 珊 尹云旺2

（1.山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590；2.西安大地測(cè)繪股份有限公司，陜西 西安710000）

1 前言

文章開(kāi)始之前，需要特殊說(shuō)明一點(diǎn)，在其他編程語(yǔ)言中，也有元胞數(shù)組的概念，但是本文中所闡述的元胞數(shù)組，是基于MATLAB軟件介紹的，它為 MATLAB中的一種數(shù)據(jù)類(lèi)型［1］，相關(guān)特性可能與其他軟件有所不同。

軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們有時(shí)需要一次傳遞多維數(shù)據(jù)到一個(gè)循環(huán)中，普通數(shù)據(jù)傳遞一次只能傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)，但是使用元胞，我們可以一次傳遞多維數(shù)據(jù)。與結(jié)構(gòu)體通過(guò)域名訪問(wèn)元素值不同，元胞數(shù)組通過(guò)索引方式訪問(wèn)包含在其中的元素值，正是由于元胞數(shù)組的這種特性，使得其與循環(huán)聯(lián)合使用時(shí)，可以解決很多軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

2 元胞數(shù)組

2.1 元胞數(shù)組的定義

元胞數(shù)組由元胞組成，是一個(gè)能夠存放任何數(shù)據(jù)類(lèi)型、任意大小數(shù)組的數(shù)據(jù)容器。同一個(gè)元胞數(shù)組中各元胞的內(nèi)容可以不同，可以是MATLAB或用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型［2］。每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型可以有任意維數(shù)。能夠混合存儲(chǔ)任意類(lèi)型和大小的數(shù)組是元胞數(shù)組一個(gè)重要功能，另外一個(gè)經(jīng)常使用元胞的方式是存儲(chǔ)不同長(zhǎng)度的字符串。像MATLAB中其他數(shù)組一樣，元胞數(shù)組必須為矩形形狀，也就是說(shuō)元胞數(shù)組的任何一維的每行每列都必須相等。了解結(jié)構(gòu)體的人可能知道，結(jié)構(gòu)體和元胞數(shù)組設(shè)計(jì)和目的都很相似，都提供了一種存儲(chǔ)不同大小和不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的方式，兩者最大的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)體使用域名來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)，而元胞數(shù)組則使用數(shù)字索引，所以我們可以利用索引的方法，一次傳遞多維數(shù)據(jù)。

2.2 元胞數(shù)組操作

為方便理解本文中的相關(guān)例子，我們先來(lái)講解一下元胞數(shù)組的一些基本操作。元胞數(shù)組的操作包括元胞數(shù)組創(chuàng)建、元胞數(shù)組連接、元胞數(shù)組索引、元胞數(shù)組賦值和從元胞數(shù)組返回值等內(nèi)容［3］，這里僅對(duì)元胞數(shù)組創(chuàng)建、賦值和索引等內(nèi)容做簡(jiǎn)要介紹。

2.2.1 創(chuàng)建元胞數(shù)組

在MATLAB中創(chuàng)建元胞數(shù)組和創(chuàng)建其他類(lèi)型數(shù)組類(lèi)似，主要的區(qū)別是創(chuàng)建元胞數(shù)組時(shí)需要使用花括號(hào)將元胞數(shù)組的內(nèi)容或索引括起來(lái)，而創(chuàng)建其他類(lèi)型數(shù)組時(shí)使用的為中括號(hào)［4］。元胞數(shù)組中的每行元素用逗號(hào)或空格符做間隔，各列之間用分號(hào)做間隔。在賦值運(yùn)算符“=”右邊用花括號(hào)“｛｝”來(lái)為一個(gè)元胞數(shù)組賦值。例如使用命令A(yù)=｛B C D E｝就可以創(chuàng)建一個(gè)包含B C D E不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的元胞數(shù)組，可以在一個(gè)元胞數(shù)組中嵌套另一個(gè)元胞數(shù)組。也可以使用函數(shù)cell來(lái)創(chuàng)建元胞數(shù)組，運(yùn)行cell（m，n）命令就創(chuàng)建了一個(gè)大小為m×n的元胞數(shù)組。

2.2.2 元胞數(shù)組索引

當(dāng)處理元胞數(shù)組時(shí)，你可以選擇元胞數(shù)組中整個(gè)元胞來(lái)進(jìn)行操作，也可以選擇元胞中的內(nèi)容進(jìn)行操作，第一種方式是元胞索引，第二種方式是內(nèi)容索引［5］。x=C（s）命令返回元胞數(shù)組C中下標(biāo)為s的元胞，x=C｛s｝命令返回元胞數(shù)組C中下標(biāo)為s的內(nèi)容，假設(shè)一個(gè)元胞數(shù)組包含多個(gè)元胞，每個(gè)元胞又為包含一個(gè)或多個(gè)元素的數(shù)組，則x=C｛s｝（t）命令返回元胞數(shù)組中由下標(biāo)s指定的元胞中的下標(biāo)為t的數(shù)組元素。

在這里列舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明上述操作，首先在MATLAB軟件中輸入下面兩條語(yǔ)句：

data（1，：）= ｛'張 三'49 ｛58 98.3 ［103 72］｝｝；

data（2，：）= ｛'李 四'25 ｛60 98.6 ［105 75］｝｝；

這兩個(gè)語(yǔ)句創(chuàng)建了一個(gè)2×3的元胞數(shù)組data，其中每一行中又嵌套了一個(gè)元胞數(shù)組，嵌套的元胞數(shù)組中最后一個(gè)元素為一個(gè)向量。使用a=data（2，1）命令時(shí)，命令窗口返回a=’李四’；使用b=data｛2，1｝命令時(shí)，命令窗口返回b=李四；使用c=data｛2，3｝（1）命令時(shí)，命令窗口返回c=［60］，使用d=data｛2，3｝｛1｝命令時(shí)，命令窗口返回d=60，各運(yùn)算結(jié)果如圖1所示。

使用whos命令來(lái)查看各個(gè)變量的類(lèi)型，如圖2所示，變量a、c和data的類(lèi)型為元胞，變量b的類(lèi)型為字符型，變量d的類(lèi)型為數(shù)值型。

3 使用元胞傳遞數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)例

在使用MATLAB編程時(shí)，我們可能遇到這樣的情況，需要將一個(gè)以上的數(shù)據(jù)同時(shí)傳遞到一個(gè)循環(huán)中。例如，在編程繪制礦區(qū)工作面示意圖時(shí)，假設(shè)一個(gè)礦區(qū)有三個(gè)矩形工作面。

如果直接使用Plot命令繪圖這三個(gè)工作面，那么三個(gè)工作面首尾則由一條直線連接在一起，如下圖圖3所示：

為了解決上述問(wèn)題帶來(lái)的不便，一種較理想的方法是使用一個(gè)循環(huán)每次繪制一個(gè)工作面。但是，這就需要一次傳遞給循環(huán)一個(gè)工作面的數(shù)據(jù)。使用其他類(lèi)型數(shù)據(jù)傳遞給循環(huán)時(shí)，一次只能傳遞一個(gè)數(shù)據(jù)。由于元胞值可以為一個(gè)數(shù)組，每個(gè)元胞又可以整體看做一個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以使用索引尋訪每個(gè)元素值，所以我們可以在循環(huán)中一次傳遞多維數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)上述需求。編寫(xiě)MATLAB程序如下：

［filename，pathname］=uigetfile（...

｛'*.txt'；'*.xls'；'*.xlsx'；'*.xlsb'；'*.xlsm'；...

'*.*'｝，...

'坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入'）；

if isequal（［filename，pathname］，［0，0］）

return

else

File=fullfile（pathname，filename）；

end %讀取工作面坐標(biāo)文件

gzmzb=importdata（File）；%導(dǎo)入工作面坐標(biāo)數(shù)據(jù)到變量gzmzb中

x_gzm=gzmzb（：，1）；%將變量gzmzb第一列數(shù)據(jù)賦值給x_gzm

y_gzm=gzmzb（：，2）；%將變量gzmzb第二列數(shù)據(jù)賦值給y_gzm

k=length（x_gzm）／4；%根據(jù)坐標(biāo)求工作面數(shù)目

gzm=cell（k，1）；%創(chuàng)建和工作面數(shù)目相等的元胞數(shù)組

gzm（：）=｛zeros（5，2）｝；%對(duì)元胞數(shù)組中每個(gè)元胞初始化

jj=1；

for mm=1：length（x_gzm）

if mod（mm，4）==0

gzm｛jj｝（1，1）=x_gzm（mm-3）；

gzm｛jj｝（2，1）=x_gzm（mm-2）；

gzm｛jj｝（3，1）=x_gzm（mm-1）；

gzm｛jj｝（4，1）=x_gzm（mm）；

gzm｛jj｝（5，1）=x_gzm（mm-3）；

gzm｛jj｝（1，2）=y_gzm（mm-3）；

gzm｛jj｝（2，2）=y_gzm（mm-2）；

gzm｛jj｝（3，2）=y_gzm（mm-1）；

gzm｛jj｝（4，2）=y_gzm（mm）；

gzm｛jj｝（5，2）=y_gzm（mm-3）；

jj=jj+1；

end

end %將4個(gè)坐標(biāo)組成一個(gè)工作面完整坐標(biāo)，為了使工作面閉合，%添加第五個(gè)坐標(biāo)，其值和第一個(gè)坐標(biāo)相等

for nn=1：k

plot（gzm｛nn｝（：，1），gzm｛nn｝（：，2），'-r'，'linewidth'，2.5）；

hold on

end %繪制工作面示意圖

程序中使用cell（k，1）命令創(chuàng)建了一個(gè)大小為k×1的元胞數(shù)組，然后使用gzm（：）=｛zeros（5，2）｝命令，將元胞數(shù)組中每個(gè)元胞的值初始化為5×2的全零數(shù)組，這樣做可以提高程序運(yùn)行速度，并防止發(fā)生內(nèi)存溢出錯(cuò)誤，最后使用循環(huán)將工作面坐標(biāo)賦值給每個(gè)元胞并繪圖。運(yùn)行該程序如圖4所示：

4 結(jié)語(yǔ)

MATLAB不僅功能強(qiáng)，而且使用方便，易于掌握［6］。使用其他方式也可以實(shí)現(xiàn)同樣效果，但是使用元胞數(shù)組傳遞多維數(shù)據(jù)更方便、高效、直觀。元胞數(shù)組設(shè)計(jì)的目的就是為了存儲(chǔ)不同類(lèi)型、不同大小的數(shù)據(jù)，并通過(guò)索引來(lái)尋訪其中的值，所以元胞數(shù)組和循環(huán)的聯(lián)合使用，必定成為傳遞多維數(shù)據(jù)的一種理想方案。