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Matlab的多维数组操作

MATLAB中的多维数组是指具有两个以上维度的数组。在矩阵中,两个维度由行和列表示。

Matlab的多维数组操作
每个元素由两个下标(即行索引和列索引)来定义。多维数组是二维矩阵的扩展,并使用额外的下标进行索引。例如,三维数组使用三个下标。前两个维度就像一个矩阵,而第三个维度表示元素的页数或张数。
Matlab的多维数组操作

创建多维数组

要创建多维数组,可以先创建二维矩阵,然后再进行扩展。例如,首先定义一个 3×3 矩阵,作为三维数组中的第一页。

A = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]              A = 3×3              1     2     3              4     5     6              7     8     9           

现在添加第二页。要完成此操作,可将另一个 3×3 矩阵赋给第三个维度中的索引值 2。语法 A(:,:,2) 在第一个和第二个维度中使用冒号,以在其中包含赋值表达式右侧的所有行和所有列。

A(:,:,2) = [10 11 12; 13 14 15; 16 17 18]              A =               A(:,:,1) =              1     2     3              4     5     6              7     8     9              A(:,:,2) =              10    11    12              13    14    15              16    17    18           

cat 函数可用于构造多维数组。例如,在 A 后以串联方式添加第三页,由此创建一个新的三维数组 B。第一个参数指示要沿哪一个维度进行串联。

B = cat(3,A,[3 2 1; 0 9 8; 5 3 7])              B =               B(:,:,1) =              1     2     3              4     5     6              7     8     9              B(:,:,2) =              10    11    12              13    14    15              16    17    18              B(:,:,3) =              3     2     1              0     9     8              5     3     7           

快速扩展多维数组的另一种方法是将一个元素赋给一整页。例如,为数组 B 添加第四页,其中包含的值全部为零。

B(:,:,4) = 0              B =               B(:,:,1) =              1     2     3              4     5     6              7     8     9              B(:,:,2) =              10    11    12              13    14    15              16    17    18              B(:,:,3) =              3     2     1              0     9     8              5     3     7              B(:,:,4) =              0     0     0              0     0     0              0     0     0           

访问元素

要访问多维数组中的元素,请使用整数下标,就像在向量和矩阵中一样。例如,找到 A 中下标为 1,2,2 的元素,它位于 A 的第二页上的第一行第二列。

A              A =               A(:,:,1) =              1     2     3              4     5     6              7     8     9              A(:,:,2) =              10    11    12              13    14    15              16    17    18              elA = A(1,2,2)              elA = 11           

在第二个维度中使用索引向量 [1 3],只访问 A 的每一页上的第一列和最后一列。

C = A(:,[1 3],:)              C =               C(:,:,1) =              1     3              4     6              7     9              C(:,:,2) =              10    12              13    15              16    18           

要查找每一页的第二行和第三行,请使用冒号运算符创建索引向量。

D = A(2:3,:,:)              D =               D(:,:,1) =              4     5     6              7     8     9              D(:,:,2) =              13    14    15              16    17    18           

操作数组

多维数组的元素可以通过多种方式移动,类似于向量和矩阵。reshape、permute 和 squeeze 函数可用于重新排列元素。假设有一个两页的三维数组。

Matlab的多维数组操作

重构多维数组有助于执行某些操作或可视化数据。使用 reshape 函数,将一个三维数组的元素重新排列成 6×5 矩阵。

A = [1 2 3 4 5; 9 0 6 3 7; 8 1 5 0 2];              A(:,:,2) = [9 7 8 5 2; 3 5 8 5 1; 6 9 4 3 3];              B = reshape(A,[6 5])              B = 6×5              1     3     5     7     5              9     6     7     5     5              8     5     2     9     3              2     4     9     8     2              0     3     3     8     1              1     0     6     4     3           

reshape 逐列操作,沿 A 中各列连续逐一提取元素来创建新矩阵,从第一页开始,之后是第二页。

置换操作用于重新排列数组的维度顺序。假设有一个三维数组 M。

M(:,:,1) = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9];              M(:,:,2) = [0 5 4; 2 7 6; 9 3 1]              M =               M(:,:,1) =              1     2     3              4     5     6              7     8     9              M(:,:,2) =              0     5     4              2     7     6              9     3     1           

使用 permute 函数,通过在第二个参数中指定维度顺序,将每一页上的行下标和列下标交换。M 的原始行现在是列,原始列现在是行。

P1 = permute(M,[2 1 3])              P1 =               P1(:,:,1) =              1     4     7              2     5     8              3     6     9              P1(:,:,2) =              0     2     9              5     7     3              4     6     1           

同样,将 M 的行下标和页下标交换。

P2 = permute(M,[3 2 1])              P2 =               P2(:,:,1) =              1     2     3              0     5     4              P2(:,:,2) =              4     5     6              2     7     6              P2(:,:,3) =              7     8     9              9     3     1           

操作多维数组时,可能会遇到某些数组有一个长度为 1 的多余维度。squeeze 函数可以执行另一种操作,消除长度为 1 的维度。例如,使用 repmat 函数创建一个 2×3×1×4 数组,其元素全部为 5,第三个维度的长度为 1。

A = repmat(5,[2 3 1 4])              A =               A(:,:,1,1) =              5     5     5              5     5     5              A(:,:,1,2) =              5     5     5              5     5     5              A(:,:,1,3) =              5     5     5              5     5     5              A(:,:,1,4) =              5     5     5              5     5     5              szA = size(A)              szA = 1×4              2     3     1     4              numdimsA = ndims(A)              numdimsA = 4           
B = squeeze(A)              B =               B(:,:,1) =              5     5     5              5     5     5              B(:,:,2) =              5     5     5              5     5     5              B(:,:,3) =              5     5     5              5     5     5              B(:,:,4) =              5     5     5              5     5     5              szB = size(B)              szB = 1×3              2     3     4              numdimsB = ndims(B)              numdimsB = 3