結構陣列 (Structure Array)

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1 結構陣列 (Structure Array)
方煒 台大生機系

2 傳統的資料庫 One array (database) n elements (5 in here)
n field in each element (1 in here)

3 MATLAB give you much more flexibility

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5 Arrangement of data in the structure array student.

6 結構陣列的建立 每一個結構陣列（Structure Array）可以包含很多個元素 (Elements) 每個元素可以看成是一筆資料
每個元素可以包含數個欄位（Fields） 每個欄位可包含各個不同型態的資料

7 範例1： struct01.m clear student % 清除 student 變數
student.name = ‘洪鵬翔’; % 加入 name 欄位 student.id = ‘mr871912’; % 加入 id 欄位 student.scores = [58, 75, 62]; % 加入 scores 欄位 student % 秀出結果 student = name: '洪鵬翔' id: 'mr871912' scores: '[58,75,62]‘ 此時 student 即代表一個結構陣列的第一個元素，或是第一筆資料。

8 範例2: struct02.m clear student % 清除 student 變數 student.name = ‘洪鵬翔’; % 加入 name 欄位 student.id = ‘mr871912’; % 加入 id 欄位 student.scores = [58, 75, 62]; % 加入 scores 欄位 % 以下是新加入的第二筆資料 student(2).name = '邱中人'; student(2).id = 'mr872510'; student(2).scores = [25, 36, 92]; student % 秀出結果 student = 1x2 struct array with fields: Name Id scores 此時 student 即代表一個 1×2 的結構陣列。由於此結構陣列已漸趨複雜，MATLAB 並不將所有欄位值印出。 欲顯示某元素的特定欄位值，可輸入明確的敘述，例如 student(2).scores 等。

9 範例3: 另一個建立結構陣列的方法 使用 struct 指令，其格式如下：
structureArray = struct(field1, value1, field2, value2,….) 其中 field1、field2、…是欄位名稱，value1、value2、…則是欄位所包含的資料。 如果 value1、value2、…為異質陣列，則 MATLAB 為依序將異質陣列的每個元素設定為每一個結構中相對應的欄位值。

10 範例3: struct03.m student = struct('name', {'張庭碩', '張庭安'}, 'scores', {[50 60], [60 70]}); student(1) % 顯示 student(1) student(2) % 顯示 student(2) ans = name: '張庭碩‘ scores: [50 60] name: '張庭安' scores: [60 70] 在上述使用法中，{‘張庭碩’, ‘張庭安’} 和 {[50 60], [60 70]} 都是異質陣列，因此他們的每個元素會被依次設定到每個結構之中。但是如果其中有一個異值陣列的長度是1，那麼 MATLAB 會進行「純量展開」（Scalar Expansion）來自動補足，如範例四。

11 範例4: struct04.m student = struct('name', '張庭安‘,'scores', {[50 60], [90 100]}); student(1) % 顯示 student(1) student(2) % 顯示 student(2) ans = name: '張庭安' scores: [50 60] scores: [90 100] 在上述範例中，「張庭安」可視為異質陣列的一個元素，因此在設定至 student 結構陣列時，MATLAB 會進行純量展開，將「張庭安」分別設定到 student 的兩個元素的 name 欄位值。

12 範例5： struct05.m 結構陣列可以是巢狀（Nested）的，也就是說，結構陣列的欄位可是另一個結構陣列，我們可以藉此產生複雜的資料結構 student = struct('name', {'張庭碩', '張庭安'}, 'scores', {[50 60], [60 70]}); student(2).course(1).title = 'Web Programming'; student(2).course(1).credits = 2; student(2).course(2).title = 'Numerical Method'; student(2).course(2).credits = 3; student(2).course ans = 1x2 struct array with fields: title credits

13 範例6：buildStruct01.m 1 x 3 1 x 4 取用及改變結構陣列的資料：
clear student % 清除 student 變數 student(1) = struct('name', 'Banny', 'scores', [85,80,92,78]); student(2) = struct('name', 'Joey', 'scores', [80,85,90,88]); student(3) = struct('name', 'Betty', 'scores', [88,82,90,80]); 上述的 student 結構陣列，可圖示如下： Student結構陣列 1 x 3 Student(1) Student(2) Student(3) .name=‘banny’ .scores=[85,80,92,78] .name=‘joey’ .scores=[80,85,90,88] .name=‘batty’ .scores=[88,82,90,80] 1 x 4

14 叫出結構陣列內容 使用「句點」（”.”）來找出某一筆資料內的某一個特定欄位值 例如：想看看第二個學生是誰：
>> studentName = student(2).name studentName = Joey

15 改變結構陣列內容 用assign ”=”可以改變結構陣列中個別欄位的資料內容 例如：
>> student(2).name = 'Alex'; student(2) 的姓名已由原先的 Joey 改變為 Alex。

16 Struct2cell指令 欲取用結構陣列中所有元素內所有欄位的資料，可用 struct2cell 指令，例如：
>> values = struct2cell(student) values(:,:,1) = 'Banny' [1x4 double] values(:,:,2) = 'Joey' values(:,:,3) = 'Betty' 傳回的 values 是一個異質陣列 若輸入 struct2cell 指令的結構變數維度為 m×n，且包含 p 個欄位，則傳回異質陣列的維度為 p×m×n。（在上例中，p = 2，m = 1， n = 3。）

17 Multidimensional Arrays
Consist of two-dimensional matrices “layered” to produce a third dimension. Each “layer” is called a page. Creates a new array by concatenating the arrays A,B,C, and so on along the dimension n. cat(n,A,B,C, ...)

18 CAT指令 MATLAB 提供了 cat 指令，以達到「並排欄位值」的目的，其語法為：
A = cat(dim, structureField) 其中，dim 代表並排後所改變的維度。例如，欲將小考成績左右（水平）並排，可輸入： >> cat(2, student.scores) % 2 代表左右並排以改變直行的維度 ans = 欲將小考成績上下（垂直）並排，可輸入： >> cat(1, student.scores) % 1 代表上下並排以改變橫列的維度

19 計算平均: mean 指令 mean 指令是對矩陣的每一直行進行平均值運算 計算每次考試（共四次）的平均分數，可輸入：
>> cat(1, student.scores) ans = 計算每次考試（共四次）的平均分數，可輸入： >> mean(cat(1, student.scores))

20 計算平均： mean 指令 計算每位學生（共三位）的平均分數:
>> average2 = mean(cat(1,student.scores)') average2 =

21 並排運算的兩種方式 方括弧運算：可以左右合併結構陣列中相同欄位的數值矩陣，產生一個新的數值矩陣。
把 scores 欄位值進行左右合併： >> allScores = [student.scores] allScores = 大括弧運算：可以左右合併結構陣列中相同欄位的資料，產生一個異質矩陣。 把 name 欄位值抽取出來，形成由字串組成的異質陣列： >> allNames = {student.name} allNames = 'Banny' 'Alex' 'Betty'

22 範例7: printStruct01.m clear student % 清除 student 變數
student(1) = struct('name', '張庭碩', 'scores', [85, 80]); student(2) = struct('name', '鍾書蓉', 'scores', [80, 85]); student(3) = struct('name', '黃念中', 'scores', [88, 82]); for i = 1:length(student) % 顯示出每個學生的名字 fprintf ('student %g: %s\n', i, student(i).name); end student 1: 張庭碩 student 2: 鍾書蓉 student 3: 黃念中

23 Common Structure functions

24 Structure functions Function Description
names = fieldnames(S) F = getfield(S,’field’) isfield(S,’field’) Description Returns the field names associated with the structure array S as names, a cell array of strings. Returns the contents of the field ’field’ in the structure array S. Equivalent to F = S.field. Returns 1 if ’field’ is the name of a field in the structure array S, and 0 otherwise.

25 Structure functions S = rmfield(S,’field’) S = setfield(S,’field’,V)
S = struct(’f1’,’v1’,’f2’,’v2’,...) Removes the field ’field’ from the structure array S. Sets the contents of the field ’field’ to the value V in the structure array S. Creates a structure array with the fields ’f1’, ’f2’, having the values ’v1’, ’v2’,

26 取得及改變欄位資料 亦可用 getfield及setfield來取得及改變一個欄位的資料 其指令使用格式如下：
fieldValues = getfield (structureArray, {arrayIndex}, field, {fieldIndex}) newStructure = setfield (structureArray, {arrayIndex}, field,{fieldIndex}) 輸入下列運算式即可取得第二位學生的第一次小考成績： >> score3 = getfield(student, {2}, 'scores', {1}) 可簡化為 >> score3 = student(2).scores(1); 若欲改變第二位學生的第三次小考成績，可輸入如下： >> student = setfield(student, {2}, 'scores', {1}, 75); >> student(2).scores(1)=75;

27 範例8：deal01.m myStruct = struct('name', {'Tim', 'Annie'}, 'age', {10, 13}); [myStruct.name] = deal('Roger', 'Sue'); fprintf('myStruct(1).name = %s\n', myStruct(1).name); fprintf('myStruct(2).name = %s\n', myStruct(2).name); myStruct(1).name = Roger myStruct(2).name = Sue

28 範例9： fieldNames01.m 取用及改變結構陣列的欄位 (fieldnames 指令)
student = struct('name', 'Roland', 'scores', [80, 90]); allFields = fieldnames(student) allFields = 'name' 'scores' 傳回的結果是一個字串異質陣列（Cell Array of Strings），包含了 student 的所有欄位。 欲增加一個新的欄位，直接將此欄加入於任一陣列元素即可

29 範例10： addField01.m MATLAB 會將新欄位加入其他元素，並設定其預設值為 []（空矩陣）。 ans =
clear student % 清除 student 變數 student = struct('name', 'Roland', 'scores', [80, 90]); student(2).age = 20; % 加入新欄位 student(1) % 顯示 student(1) student(2) % 顯示 student(2) ans = name: 'Roland' scores: [80 90] age: [] name: [] scores: [] age: 20 MATLAB 會將新欄位加入其他元素，並設定其預設值為 []（空矩陣）。

30 範例11：rmField01.m rm: remove
student = struct('name', 'Roland', 'scores', [80, 90]) student2 = rmfield(student, 'scores') % 刪除 scores 欄位 student = name: 'Roland' scores: [80 90] student2 = rm: remove

31 範例12： isstruct01.m 可用 isstruct 指令來測試某個變數是否為結構陣列：
s = struct('name', {'Tim', 'Ann'}, 'scores', {[1 3 5 ],[2 4 6]}); isstruct(s) ans = 1

32 範例13： isstruct02.m 因 s 並不包含“height”的欄位，故回傳數值 0。
可用 isfield 指令測試某結構陣列是否含一特定欄位： s = struct('name', {'Tim', 'Ann'}, 'scores', {[1 3 5 ],[2 4 6]}); fprintf('isfield(s, ''name'') = %d\n', isfield(s, 'name')); fprintf('isfield(s, ''height'') = %d\n', isfield(s, 'height')); isfield(s, 'name') = 1 isfield(s, 'height') = 0 因 s 並不包含“height”的欄位，故回傳數值 0。

33 範例14： cell2struct01.m 可用 cell2struct 指令來將異質陣列轉換成結構陣列： fields = {'name', 'age'}; values = {'Tim', 9; 'Annie', 6}; s = cell2struct(values, fields, 2); s(1) %顯示第一筆資料 s(2) %顯示第二筆資料 ans = name: 'Tim' age: 9 name: 'Annie' age: 6 根據陣列變數 fields 的資料為欄位名稱，並以 values 的第二個維度來對應欄位名稱 fields，來產生一個結構陣列 s。

34 範例15：cell2struct02.m 如果以 values 的第一個維度來對應欄位名稱 fields，結果如下：
fields = {'name', 'age'}; values = {'Tim', 9; 'Annie', 6}; s = cell2struct(values, fields, 1); s(1) % 顯示第一筆資料 s(2) % 顯示第二筆資料 ans = name: 'Tim' age: 'Annie' name: 9 age: 6

35 範例16： dir01.m dir 指令傳回一結構陣列，包含現在目錄（或資料夾）下各種資訊
dirinfo = dir(matlabroot) % 字串變數 matlabroot 代表 MATLAB 根目錄 dirinfo = 19x1 struct array with fields: name date bytes isdir dirinfo 為一結構陣列，內含在 MATLAB 根目錄下所含檔案或其他目錄的資訊，即其名稱（name），產生日期（date），大小（bytes），及是否為目錄（isdir）等。

36 One array With 3 elements containing 6 fields
練習：建立以下結構陣列 One array With 3 elements containing 6 fields

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