2020-10-07

    科技2024-04-14  85

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    下标冒号运算符串联删除行和列标量扩展逻辑下标find 函数

    下标

    A 的行 i 和列 j 中的元素通过 A(i,j) 表示。例如,A(4,2) 表示第四行和第二列中的数字。在幻方矩阵中,A(4,2) 为 15。因此,要计算 A 第四列中的元素的总和,请键入

    A(1,4) + A(2,4) + A(3,4) + A(4,4) 此下标生成 ans = 34

    但这不是计算某列总和的最佳方法。

    此外,还可以使用单一下标 A(k) 引用矩阵的元素。单一下标是引用行和列向量的常见方法。但是,也可以对满二维矩阵应用单一下标。在这种情况下,数组被视为一个由原始矩阵的列构成的长列向量。因此,在幻方矩阵中,A(8) 是另一种引用存储在 A(4,2) 中的值 15 的方法。

    如果尝试使用矩阵外部元素的值,则会生成错误:

    t = A(4,5)

    索引超出矩阵维度。

    相反,如果将值存储在矩阵外部元素中,则会增大大小以便容纳新元素:

    X = A; X(4,5) = 17 X = 16 3 2 13 0 5 10 11 8 0 9 6 7 12 0 4 15 14 1 17

    冒号运算符

    冒号 : 是最重要的 MATLAB® 运算符之一。它以多种不同形式出现。表达式

    1:10 是包含从 1 到 10 之间的整数的行向量:

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 要获取非单位间距,请指定增量。例如,

    100:-7:50 为 100 93 86 79 72 65 58 51 而 0:pi/4:pi 为 0 0.7854 1.5708 2.3562 3.1416

    包含冒号的下标表达式引用部分矩阵:

    A(1:k,j) 表示 A 第 j 列中的前 k 个元素。因此, sum(A(1:4,4)) 计算第四列的总和。

    但是,执行此计算有一种更好的方法。冒号本身引用矩阵行或列中的所有元素,而关键字 end 引用最后一个行或列。因此,

    sum(A(:,end)) 计算 A 最后一列中的元素的总和: ans = 34

    为什么 4×4 幻方矩阵的幻数和等于 34?如果将介于 1 到 16 之间的整数分为四个总和相等的组,该总和必须为

    sum(1:16)/4 当然,也即 ans = 34

    串联

    串联是连接小矩阵以便形成更大矩阵的过程。实际上,第一个矩阵是通过将其各个元素串联起来而构成的。成对的方括号 [] 即为串联运算符。例如,从 4×4 幻方矩阵 A 开始,组成

    B = [A A+32; A+48 A+16] 结果会生成一个 8×8 矩阵,这是通过连接四个子矩阵获得的: B = 16 3 2 13 48 35 34 45 5 10 11 8 37 42 43 40 9 6 7 12 41 38 39 44 4 15 14 1 36 47 46 33 64 51 50 61 32 19 18 29 53 58 59 56 21 26 27 24 57 54 55 60 25 22 23 28 52 63 62 49 20 31 30 17

    此矩阵是一个接近于幻方矩阵的矩阵。此矩阵的元素是经过重新排列的整数 1:64。此矩阵的列总和符合 8×8 幻方矩阵的要求:

    sum(B) ans = 260 260 260 260 260 260 260 260

    但是其行总和 sum(B’)’ 并不完全相同。要使其成为有效的 8×8 幻方矩阵,需要进行进一步操作。

    删除行和列

    只需使用一对方括号即可从矩阵中删除行和列。首先

    X = A;

    然后,

    要删除 X 的第二列,请使用 X(:,2) = [] 这会将 X 更改为 X = 16 2 13 5 11 8 9 7 12 4 14 1

    如果您删除矩阵中的单个元素,结果将不再是矩阵。因此,以下类似表达式

    X(1,2) = []

    将会导致错误。但是,使用单一下标可以删除一个元素或元素序列,并将其余元素重构为一个行向量。因此

    X(2:2:10) = [] 生成 X = 16 9 2 7 13 12 1

    标量扩展

    可以采用多种不同方法将矩阵和标量合并在一起。例如,通过从每个元素中减去标量而将其从矩阵中减去。幻方矩阵的元素平均值为 8.5,因此

    B = A - 8.5 形成一个列总和为零的矩阵: B = 7.5 -5.5 -6.5 4.5 -3.5 1.5 2.5 -0.5 0.5 -2.5 -1.5 3.5 -4.5 6.5 5.5 -7.5 sum(B) ans = 0 0 0 0

    通过标量扩展,MATLAB 会为范围中的所有索引分配一个指定标量。例如,

    B(1:2,2:3) = 0 将 B 的某个部分清零: B = 7.5 0 0 4.5 -3.5 0 0 -0.5 0.5 -2.5 -1.5 3.5 -4.5 6.5 5.5 -7.5

    逻辑下标

    根据逻辑和关系运算创建的逻辑向量可用于引用子数组。假定 X 是一个普通矩阵,L 是一个由某个逻辑运算生成的同等大小的矩阵。那么,X(L) 指定 X 的元素,其中 L 的元素为非零。

    通过将逻辑运算指定为下标表达式,可以在一个步骤中完成这种下标。假定您具有以下数据集:

    x = [2.1 1.7 1.6 1.5 NaN 1.9 1.8 1.5 5.1 1.8 1.4 2.2 1.6 1.8];

    NaN 是用于缺少的观测值的标记,例如,无法响应问卷中的某个项。要使用逻辑索引删除缺少的数据,请使用 isfinite(x),对于所有有限数值,该函数为 true;对于 NaN 和 Inf,该函数为 false:

    x = x(isfinite(x)) x = 2.1 1.7 1.6 1.5 1.9 1.8 1.5 5.1 1.8 1.4 2.2 1.6 1.8

    现在,存在一个似乎与其他项很不一样的观测值,即 5.1。这是一个离群值。下面的语句可删除离群值,在本示例中,即比均值大三倍标准差的元素:

    x = x(abs(x-mean(x)) <= 3*std(x)) x = 2.1 1.7 1.6 1.5 1.9 1.8 1.5 1.8 1.4 2.2 1.6 1.8

    标量扩展对于另一示例,请使用逻辑索引和标量扩展将非质数设置为 0,以便高亮显示丢勒幻方矩阵中的质数的位置。(请参阅 magic 函数。)

    A(~isprime(A)) = 0 A = 0 3 2 13 5 0 11 0 0 0 7 0 0 0 0 0

    find 函数

    find 函数可用于确定与指定逻辑条件相符的数组元素的索引。find 以最简单的形式返回索引的列向量。转置该向量以便获取索引的行向量。例如,再次从丢勒的幻方矩阵开始。(请参阅 magic 函数。)

    k = find(isprime(A))’ 使用一维索引选取幻方矩阵中的质数的位置: k = 2 5 9 10 11 13

    使用以下命令按 k 确定的顺序将这些质数显示为行向量

    A(k) ans = 5 3 2 11 7 13

    将 k 用作赋值语句的左侧索引时,会保留矩阵结构:

    A(k) = NaN A = 16 NaN NaN NaN NaN 10 NaN 8 9 6 NaN 12 4 15 14 1

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