揭秘MATLAB字符转数字的奥秘：解锁数据转换的魔法

# 1. MATLAB字符转数字的理论基础

MATLAB中字符转数字的本质是将表示数字的字符序列转换为数值类型。字符转数字的理论基础在于字符和数字在计算机中不同的表示方式。

字符在计算机中以ASCII码的形式存储，每个字符对应一个唯一的数字代码。例如，字符'0'的ASCII码为48，字符'9'的ASCII码为57。

数字在计算机中以二进制或浮点数的形式存储，表示数字的实际值。例如，数字10在二进制中表示为1010，在浮点数中表示为10.0。

字符转数字的过程就是将字符的ASCII码转换为数字的二进制或浮点数表示。这个过程可以通过MATLAB中内置的转换函数或自定义函数实现。

# 2. MATLAB字符转数字的实践技巧

### 2.1 字符串到数字的转换函数

#### 2.1.1 str2num()函数

**函数签名：**

num = str2num(str)

**参数说明：**

* `str`: 输入的字符串。

**代码块：**

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

% 输出：123.45

**逻辑分析：**

`str2num()` 函数将字符串中的数字部分提取出来并转换为双精度浮点数。它会忽略字符串中的空格和制表符。

#### 2.1.2 str2double()函数

**函数签名：**

num = str2double(str)

**参数说明：**

* `str`: 输入的字符串。

**代码块：**

% 将字符串 "123.45" 转换为数字
num = str2double('123.45');

% 输出：123.45

**逻辑分析：**

`str2double()` 函数与 `str2num()` 类似，但它只返回第一个有效数字。如果字符串中包含多个数字，则只返回第一个数字。

### 2.2 数字到字符串的转换函数

#### 2.2.1 num2str()函数

**函数签名：**

str = num2str(num)

**参数说明：**

* `num`: 输入的数字。

**代码块：**

% 将数字 123.45 转换为字符串
str = num2str(123.45);

% 输出：'123.45'

**逻辑分析：**

`num2str()` 函数将数字转换为字符串。它会保留数字的精度，并使用默认格式（小数点后 6 位有效数字）。

#### 2.2.2 int2str()函数

**函数签名：**

str = int2str(num)

**参数说明：**

* `num`: 输入的整数。

**代码块：**

% 将整数 123 转换为字符串
str = int2str(123);

% 输出：'123'

**逻辑分析：**

`int2str()` 函数将整数转换为字符串。它不保留小数部分。

# 3.1 字符串到数字数组的转换

在某些情况下，需要将字符串转换为数字数组。MATLAB 提供了以下函数来实现此目的：

#### 3.1.1 textscan() 函数

`textscan()` 函数用于从字符串中提取格式化的数据。它可以将字符串解析为数字数组、单元格数组或结构体数组。

**语法：**

[A, B, ...] = textscan(str, formatSpec, delimiter, options)

**参数：**

* `str`：要解析的字符串。
* `formatSpec`：指定数据格式的格式化字符串。
* `delimiter`：分隔字段的字符或字符串。
* `options`：可选参数，用于控制解析过程。

**示例：**

str = '1,2,3,4,5';
[A, B] = textscan(str, '%d,%d,%d,%d,%d');
disp(A);  % 输出：1 2 3 4 5
disp(B);  % 输出：[]

**逻辑分析：**

`textscan()` 函数将字符串 `str` 解析为两个数字数组 `A` 和 `B`。格式化字符串 `'%d,%d,%d,%d,%d'` 指定了要提取的数字的格式。分隔符 `,` 指定了字段之间的分隔符。

#### 3.1.2 sscanf() 函数

`sscanf()` 函数用于从字符串中提取格式化的数据，类似于 `textscan()` 函数。但是，`sscanf()` 函数只能将字符串解析为数字数组。

**语法：**

A = sscanf(str, formatSpec)

**参数：**

* `str`：要解析的字符串。
* `formatSpec`：指定数据格式的格式化字符串。

**示例：**

str = '1,2,3,4,5';
A = sscanf(str, '%d,%d,%d,%d,%d');
disp(A);  % 输出：1 2 3 4 5

**逻辑分析：**

`sscanf()` 函数将字符串 `str` 解析为数字数组 `A`。格式化字符串 `'%d,%d,%d,%d,%d'` 指定了要提取的数字的格式。

# 4. MATLAB字符转数字的实战案例

### 4.1 数据清洗中的字符转数字

#### 4.1.1 缺失值处理

在数据清洗过程中，经常会遇到缺失值的情况。缺失值可能是空字符串、"NA"、"NULL"等非数字字符。为了进行后续的数据分析，需要将这些缺失值转换为数字，通常是将其替换为某个特定值，如 0 或 -1。

% 原始数据
data = ["1", "2", "NA", "4", "5", "NULL"];

% 使用 str2double() 函数将缺失值转换为 NaN
data_num = str2double(data);

% NaN 表示缺失值
disp(data_num);

#### 4.1.2 数据格式转换

有时，数据可能以非数字格式存储，例如日期、时间或货币。为了进行数值计算或分析，需要将这些数据转换为数字格式。

% 原始数据
data = ["2023-03-08", "14:30:00", "$100.00"];

% 使用 datetime() 函数将日期转换为数字格式
date_num = datetime(data(1));

% 使用 datenum() 函数将时间转换为数字格式
time_num = datenum(data(2));

% 使用 str2double() 函数将货币转换为数字格式
currency_num = str2double(data(3));

% 输出转换后的数字
disp(date_num);
disp(time_num);
disp(currency_num);

### 4.2 数据分析中的字符转数字

#### 4.2.1 数值特征提取

在数据分析中，经常需要从文本数据中提取数值特征。例如，从产品评论中提取评级或从财务报告中提取利润。

% 原始数据
reviews = ["Excellent", "Good", "Average", "Poor", "Bad"];

% 使用 ordinal() 函数将评级转换为数字
rating_num = ordinal(reviews);

% 输出转换后的数字
disp(rating_num);

#### 4.2.2 分类变量编码

分类变量是具有有限个离散值的变量。在机器学习和数据分析中，需要将分类变量编码为数字，以便进行建模和分析。

% 原始数据
categories = ["A", "B", "C", "D", "E"];

% 使用 categorical() 函数将分类变量编码为数字
category_num = categorical(categories);

% 输出编码后的数字
disp(category_num);

# 5. MATLAB字符转数字的性能优化

### 5.1 转换函数的性能比较

不同的转换函数在性能上有差异。在选择转换函数时，需要考虑以下因素：

- 数据类型：不同函数支持不同的数据类型。例如，`str2num()`支持字符向量，而`str2double()`只支持字符数组。
- 转换速度：某些函数比其他函数转换速度更快。例如，`str2double()`通常比`str2num()`快。
- 内存使用：某些函数比其他函数使用更多的内存。例如，`textscan()`比`sscanf()`使用更多的内存。

下表比较了不同转换函数的性能：

| 函数 | 数据类型 | 转换速度 | 内存使用 |
|---|---|---|---|
| `str2num()` | 字符向量 | 慢 | 低 |
| `str2double()` | 字符数组 | 快 | 低 |
| `textscan()` | 字符向量 | 慢 | 高 |
| `sscanf()` | 字符数组 | 快 | 低 |

### 5.2 避免不必要的转换

在某些情况下，可以避免不必要的字符转数字转换。例如：

- 如果数据已经存储为数字类型，则无需将其转换为字符类型再转换回数字类型。
- 如果数据只用于显示目的，则可以将其保留为字符类型，而无需转换为数字类型。

### 5.3 使用高效的数据结构

选择合适的数据结构可以提高字符转数字转换的性能。例如：

- 对于大数据集，使用稀疏矩阵可以减少内存使用和转换时间。
- 对于结构化数据，使用表格或结构体可以简化转换过程。

**代码示例：**

% 使用稀疏矩阵存储大数据集
data = sparse(10000, 10000);

% 使用表格存储结构化数据
data = table({'John', 'Doe', '123 Main Street'}, {'John', 'Doe', '456 Elm Street'});

# 6. MATLAB字符转数字的扩展应用**

**6.1 正则表达式在字符转数字中的应用**

正则表达式（Regular Expression，简称Regex）是一种强大的文本处理工具，可以用于匹配和提取文本中的特定模式。在字符转数字的应用中，正则表达式可以用来提取数字字符并将其转换为数字。

以下代码演示了如何使用正则表达式提取字符串中的数字：

str = 'This is a string with numbers 123 and 456.';
pattern = '\d+';  % 匹配一个或多个数字字符
result = regexp(str, pattern, 'match');
disp(result);

输出：

{'123' '456'}

**6.2 文件读写中的字符转数字**

MATLAB提供了多种函数用于读写文件，其中一些函数支持字符和数字之间的转换。

以下代码演示了如何从文本文件中读取字符数据并将其转换为数字：

filename = 'data.txt';
data = fileread(filename);  % 读取文件内容
numbers = str2num(data);  % 将字符转换为数字
disp(numbers);

**6.3 数据库操作中的字符转数字**

在MATLAB中，可以使用Database Toolbox与数据库进行交互。该工具箱提供了函数用于将字符数据从数据库中提取并转换为数字。

以下代码演示了如何从数据库中查询字符数据并将其转换为数字：

conn = database('mydb', 'user', 'password');  % 连接到数据库
sql = 'SELECT * FROM table_name';  % 查询语句
data = fetch(conn, sql);  % 执行查询
numbers = str2num(data.column_name);  % 将字符转换为数字
disp(numbers);