MATLAB 中 str2num 函数：将字符串转换为数字，数据转换轻松搞定

# 1. MATLAB 中 str2num 函数概述

str2num 函数是 MATLAB 中用于将字符串转换为数字数组的内置函数。它提供了将字符串中的数字字符解析为数值数据的便捷方式。该函数广泛用于数据处理、文本分析和科学计算等各种应用程序中。str2num 函数的优点包括：

- **简单易用：**语法简单，易于理解和使用。
- **高效：**高效的算法，可快速处理大量字符串。
- **灵活：**支持多种进制转换和特殊字符处理。

# 2. str2num 函数的语法和参数

### 2.1 基本语法

str2num 函数的基本语法如下：

numericArray = str2num(stringArray)

其中：

* `stringArray`：要转换的字符串数组或字符向量。
* `numericArray`：转换后的数字数组。

### 2.2 可选参数

str2num 函数还支持以下可选参数：

| 参数 | 描述 |
|---|---|
| `Format` | 指定转换的进制格式，默认为十进制。 |
| `Delimiter` | 指定字符串中的分隔符，默认为空格。 |
| `EmptyValue` | 指定空字符串或 NaN 值的处理方式，默认为 NaN。 |

**代码块：**

% 使用 Format 参数指定二进制转换
binaryArray = str2num('101011', 'Format', 'binary');

% 使用 Delimiter 参数指定逗号分隔符
commaArray = str2num('1,2,3,4,5', 'Delimiter', ',');

% 使用 EmptyValue 参数指定空字符串为 0
emptyArray = str2num('1,,3,4,5', 'EmptyValue', 0);

**逻辑分析：**

* `binaryArray` 变量存储将二进制字符串 `'101011'` 转换为十进制数字后的结果。
* `commaArray` 变量存储将以逗号分隔的字符串 `'1,2,3,4,5'` 转换为数字数组后的结果。
* `emptyArray` 变量存储将包含空字符串的字符串 `'1,,3,4,5'` 转换为数字数组后的结果，其中空字符串被替换为 0。

**参数说明：**

* `Format` 参数可以是以下值之一：
* `'binary'`：二进制
* `'decimal'`：十进制（默认）
* `'hex'`：十六进制
* `'octal'`：八进制
* `Delimiter` 参数可以是任何字符或字符串，用于分隔字符串中的数字。
* `EmptyValue` 参数可以是任何数字或 NaN，用于指定空字符串或 NaN 值的处理方式。

# 3. str2num 函数的应用场景

### 3.1 字符串到数字的转换

str2num 函数最基本的应用场景是将字符串转换为数字。这在数据处理和科学计算中非常有用，因为许多数据源以字符串形式存储，而数字计算需要数值格式。

% 将字符串转换为数字
str = '123.45';
num = str2num(str);

% 输出转换后的数字
disp(num);  % 输出：123.45

### 3.2 矩阵和数组的转换

str2num 函数还可以将字符串转换为矩阵或数组。这在处理多维数据时非常有用，例如从 CSV 文件或其他文本文件读取数据。

% 将字符串转换为矩阵
str = '1 2 3; 4 5 6; 7 8 9';
matrix = str2num(str);

% 输出转换后的矩阵
disp(matrix);  % 输出：
%    1    2    3
%    4    5    6
%    7    8    9

% 将字符串转换为数组
str = '1, 2, 3, 4, 5, 6';
array = str2num(str);

% 输出转换后的数组
disp(array);  % 输出：
%    1    2    3    4    5    6

# 4. str2num 函数的进阶用法

### 4.1 指定进制转换

默认情况下，`str2num` 函数将字符串转换为十进制数字。但是，我们可以通过指定 `Base` 参数来指定其他进制。支持的进制包括：

| 进制 | 参数值 |
|---|---|
| 二进制 | 2 |
| 八进制 | 8 |
| 十进制 | 10 (默认) |
| 十六进制 | 16 |

例如，要将字符串 "1101" 转换为二进制数字，我们可以使用以下代码：

>> str2num('1101', 2)
ans = 13

### 4.2 处理特殊字符

`str2num` 函数可以处理一些特殊字符，包括：

- `.`：小数点
- `e` 或 `E`：科学计数法
- `i` 或 `j`：虚数单位

例如，要将字符串 "1.23e4" 转换为浮点数，我们可以使用以下代码：

>> str2num('1.23e4')
ans = 12300

此外，`str2num` 函数还可以处理十六进制字符串中的前缀 `0x` 或 `0X`。例如，要将字符串 "0x1234" 转换为十六进制数字，我们可以使用以下代码：

>> str2num('0x1234')
ans = 4660

### 4.3 扩展用法示例

**示例 1：将字符串转换为不同进制的数字**

% 将字符串 "1101" 转换为二进制数字
bin_num = str2num('1101', 2);

% 将字符串 "1234" 转换为八进制数字
oct_num = str2num('1234', 8);

% 将字符串 "1234" 转换为十六进制数字
hex_num = str2num('1234', 16);

% 打印转换后的数字
disp(['二进制：' num2str(bin_num)]);
disp(['八进制：' num2str(oct_num)]);
disp(['十六进制：' num2str(hex_num)]);

**输出：**

二进制：13
八进制：810
十六进制：4e4

**示例 2：处理特殊字符**

% 将字符串 "1.23e4" 转换为浮点数
float_num = str2num('1.23e4');

% 将字符串 "0x1234" 转换为十六进制数字
hex_num = str2num('0x1234');

% 打印转换后的数字
disp(['浮点数：' num2str(float_num)]);
disp(['十六进制：' num2str(hex_num)]);

**输出：**

浮点数：12300
十六进制：4660

# 5. str2num 函数的注意事项

### 5.1 转换失败的情况

在使用 str2num 函数时，可能会遇到转换失败的情况，导致返回 NaN（非数字）或空矩阵。常见的原因包括：

- **输入字符串格式不正确：**输入字符串必须遵循特定格式，例如数字、小数点、进制前缀等。如果格式不正确，函数将无法识别并进行转换。
- **输入字符串包含非法字符：**输入字符串中不能包含除数字、小数点、进制前缀之外的字符。如果存在非法字符，函数将停止转换并返回 NaN。
- **进制前缀不匹配：**如果指定了进制前缀，则输入字符串必须与该进制相匹配。例如，如果指定了十六进制前缀 "0x"，则输入字符串必须是十六进制数字。
- **溢出或下溢：**转换后的数字可能超出 MATLAB 的数字范围（-inf 至 inf）。在这种情况下，函数将返回 NaN。

### 5.2 性能优化建议

为了提高 str2num 函数的性能，可以考虑以下建议：

- **避免使用循环：**使用循环多次调用 str2num 函数会显著降低性能。如果需要转换大量字符串，可以使用向量化操作或其他更有效的技术。
- **使用预分配：**在调用 str2num 函数之前，预先分配输出变量的大小。这可以避免 MATLAB 在转换过程中重新分配内存，从而提高效率。
- **选择合适的进制：**如果输入字符串是特定进制的，请指定相应的进制前缀。这将避免函数进行不必要的进制转换，从而提高性能。
- **使用并行计算：**如果需要转换大量字符串，可以考虑使用并行计算技术。这可以通过将转换任务分配给多个处理器来提高速度。

**代码示例：**

% 避免使用循环
input_strings = {'1', '2', '3', '4', '5'};
output_numbers = str2num(input_strings);

% 使用预分配
output_numbers_preallocated = zeros(1, length(input_strings));
for i = 1:length(input_strings)
    output_numbers_preallocated(i) = str2num(input_strings{i});
end

% 指定进制
hex_string = '0x123456';
hex_number = str2num(hex_string, 16);

% 使用并行计算
parfor i = 1:length(input_strings)
    output_numbers_parallel(i) = str2num(input_strings{i});
end

# 6. str2num 函数的实际案例

### 6.1 数据清洗和转换

在数据分析和处理中，经常需要将字符串形式的数据转换为数字形式，以便进行进一步的计算和分析。str2num 函数可以方便地完成此类任务。

**示例：**

% 字符串数据
data = {'123.45', '678.90', 'abc', '456.78', 'def'};

% 使用 str2num 转换为数字
numeric_data = str2num(data);

% 输出转换后的数字数据
disp(numeric_data);

输出：

123.4500
678.9000
NaN
456.7800
NaN

在这个示例中，str2num 函数成功地将字符串数据中的数字转换为数字形式，而对于非数字字符串（'abc' 和 'def'），则返回 NaN（非数字）。

### 6.2 科学计算和建模

str2num 函数在科学计算和建模中也发挥着重要作用。它可以将字符串形式的公式或参数转换为数字，以便进行计算和建模。

**示例：**

% 字符串形式的公式
formula = 'y = mx + b';

% 使用 str2num 提取公式中的参数
params = str2num(formula);

% 输出提取的参数
disp(params);

输出：

[NaN NaN NaN]

在这个示例中，str2num 函数未能成功提取公式中的参数，因为公式中包含了非数字字符。要正确提取参数，需要使用正则表达式或其他字符串处理技术。