MATLAB 中的 Find() 函数

引言

MATLAB 环境中一个常用的内置函数是 find()，它用于确定数组中符合特定条件的某个项的位置。它通常以条件语句的形式在逻辑上进行表述。该函数可用于向量、矩阵和多维数组；因此，它是提取、分析或处理数据的绝佳工具。

例如，当您需要确定矩阵中的哪些元素大于某个特定数字时，find() 函数可以立即指定显示所选元素的索引。

示例

输出

 
indices = 
     6
     7
     8
     9   

在数据分析和处理中的重要性及常见用例

find() 函数在数据分析和处理中非常重要，因为它能够简化诸如数据搜索和筛选之类的任务。

• 数据筛选： 执行需要快速提取数据集组件的操作，例如，查找所有大于特定值或满足特定条件的值的实例。
• 稀疏矩阵分析： 在稀疏矩阵中，find() 用于查找非零元素，通过节省大量内存来提高计算效率。
• 信号处理： 分析信号的索引以确定信号内的峰值、谷值或特定模式。
• 图像处理： 识别图像像素中可由某些量化度量（如灰度图像中的强度）描述的区域。

使用 find() 函数进行矩阵和向量运算的关键优势

find() 函数提供了多项优势，使其成为各种矩阵和向量运算的首选

• 通用性： 它与其他数据类（如数值数组、逻辑数组甚至复数）兼容性良好。
• 效率： 由于 find() 函数操作的是索引而非数据，因此计算复杂度保持在最低水平。
• 灵活性： 支持基本的线性下标和索引，使其易于根据用户的操作级别以各种格式使用。
• 集成性： 与其他函数兼容，还可以提供其他操作功能，如条件数据处理。

示例 – 识别行和列索引

输出

 
row = 
     2
     3
     3

col = 
     3
     1
     2   

对于任何经常操作数据的人来说，find() 是 MATLAB 中另一个基本且必须掌握的函数。由于其根据特定参数识别信息的功能，它在编程和分析中非常有用。

MATLAB 中 find() 函数的语法和基本用法

1. find() 函数的一般语法

MATLAB 中的 find() 函数跟踪满足特定条件的元素的位置信息。其一般语法为

该函数通过逻辑测试来评估输入数组以查找匹配值。find() 函数生成满足给定条件的数组组件的位置编号。

2. 基本组件说明

• 条件： 此评估用于确定输入数组的每个元素如何满足特定标准。您可以使用 array > 0、array == value 或 (array > 0 & array < 10) 作为示例。
• 输入数组： 我们的输入数据有三种格式：向量、矩阵或多维数组。该测试是对数组元素的每个项进行的。
• 输出索引： 算法生成一个向量，显示与指定条件匹配的项的位置。默认情况下，输出使用标准的线性序列，但在您修改设置时会发生更改。

3. 简单应用示例

示例 1：查找向量中的非零元素

该示例查找向量中包含非零元素的哪些部分。

find() 函数识别索引 2、4 和 6 处的元素，这些位置的值为非零。

示例 2：查找大于阈值的元素

Find 使您能够查找超出您定义的边界的数组元素。

元素值大于 4 的位置是 3 和 5（值分别为 7 和 9）。

示例 3：将 find() 应用于矩阵

与向量类似，find() 函数也能毫无问题地处理矩阵。

结果显示，线性索引 5 和 9 处的零值。这些发现表明，在线性形式检查时，零值存在于索引 5 和 9 处。

MATLAB 中 find() 函数的输入和输出参数

使用 MATLAB，您可以利用 find() 来查找数组中满足给定标准的元素位置。

1. 输入参数

a) 输入数组

find() 函数的主要输入是一个数组，它可以是

• 向量：一维数组。
• 矩阵：二维数组。
• 多维数组：维度为三维或更多的数组。

find() 函数测试数组中的每个元素以验证它是否满足定义的条件。它可以毫无问题地处理实数和复数元素。

示例

b) 逻辑条件

用户可以通过设置逻辑条件来选择元素。这些条件使用关系运算符和逻辑运算符，例如

• 关系运算符：<, >, <=, >=, ==, ~=
• 逻辑运算符：& (AND), | (OR), ~ (NOT)

示例

find() 函数支持高级条件表达式以解决多种操作场景。

2. 输出参数

find() 函数根据您的特定应用生成独特的结果类型。

a) 线性索引

Find() 创建一个基本的线性索引数组，以显示结果在输入数据中的发现位置。MATLAB 默认以列为主的顺序排列所有输入数组作为其标准存储方法。

示例

b) 行列下标

将 find() 与两个输出参数一起使用，可以通过显示行和列位置来精确定位矩阵中的确切位置。

示例

c) 有限的结果数量

该函数允许您通过选择 k 值作为参数来选择要返回的索引数量。通过此选项，您可以限制搜索以仅查找您请求的匹配项。

示例

3. 用来说明用法的示例

示例 1：查找稀疏矩阵中的非零元素

示例 2：将逻辑条件与多维数组一起使用

MATLAB 中 find() 函数的高级功能

find() 函数允许 MATLAB 用户通过搜索条件匹配来定位数组中的特定元素。用户可以通过其功能集在对复杂矩阵和稀疏矩阵执行操作时自定义输出范围。

使用 find() 进行多输出（行和列索引）

在矩阵处理中，find() 函数返回元素满足特定条件的精确行和列位置。当用户通过特定位置分析二维数组中的元素时，会发现此功能特别有价值。

语法

示例

我需要识别我的矩阵中大于 5 的元素的位置。

输出

 
Row indices:
   1
   2
   2
   3

Column indices:
   2
   1
   3
   3   

该表格的行和列索引显示了矩阵中大于 5 的元素的位置。

使用 k 限制结果数量

用户可以通过指定所需的索引组数量来使用 find() 函数以获得更少返回的结果。

语法

K 代表我们可以获得的最大索引结果数。

示例

检查矩阵 A 的值，您需要找出大于 5 的前两个元素的精确位置。

输出

 
Indices of the first two elements greater than 5:
     2
     4   

它会生成一个列表，显示满足指定条件的第一个两个元素的位置。

处理复数矩阵和稀疏矩阵

用户现在可以通过 find() 执行复数和稀疏矩阵运算。

1. 复数矩阵： 当您在计算中使用复数时，find() 会检查实部和虚部以确定条件是否为真。

示例

查找实值大于 1 的复数。

输出

 
Indices of elements with real part > 1:
     3
     4   

2. 稀疏矩阵： 使用 find() 处理稀疏矩阵无需转换为完整形式，因此在处理过程中可以提高性能并降低内存需求。

示例

输出

 
Row indices:
     1
     2
     3

Column indices:
     2
     3
     1

Values:
     4
     7
     3   

稀疏矩阵函数 find() 识别矩阵中存在非零内容的每个元素的索引和值。