Filter实现原理及内部流程

本文详细解析了Android中的Filter机制,包括Filterable接口与Filter类的工作原理,以及如何通过自定义Filter实现更复杂的功能。同时介绍了AutoCompleteTextView如何结合ArrayAdapter提供自动补全功能。

一、Filter简介 

APi中对Filter的描述极为精简,就是通过用户设置的过滤条件,通过Filter内部的一系列操作(对数据的过滤处理通常通过线程异步操作)实现过滤条件,最终获得过滤后的结果。一般通过实现Filterable接口调用(自定义的)Filter。


1、Filterable
Filterable定义一过滤行为,利用Filter对数据进行过滤处理。Filterable通常实现对Adapt的限制。
Public interface Filterable{
    //Returns a filter that can be used to constrain data with a filtering pattern.
    //This method is usually implemented by android.widget.Adapter classes.
    Filter getFilter();
}


2、Filter

Filter通过定义的filter pattern实现对数据的过滤行为,对数据的过滤操作是异步实现的,通过调用filter(CharSequence)或filter(CharSequence, android.widget.Filter.FilterListener)实现,如果这两个方法被调用,先前还未被执行的异步操作将被取消,而只是执行此次调用的异步操作。Filter通常由Filterable创建,即Filter getFilter(),此处得到的Filter必然是用户自定义的,通常需要实现

 FilterResults performFiltering(CharSequence constraint)
<pre name="code" class="java">publishResults(CharSequence,android.widget.Filter.FilterResults)

源码如下:

<pre name="code" class="java">public abstract class Filter {  
    
    //执行异步过滤操作,调用此方法将会终止所有先前还未被执行的异步操作
    public final void filter(CharSequence constraint) {
        filter(constraint, null);
    }
    
    //upon completion of the operation,the listener is notified
    public final void filter(CharSequence constraint, FilterListener listener)
    
    //在线程中调用该方法,根据提供的 constraint执行过滤操作,该操作返回FilterResults
    //在UI线程中,通过调用publishResults(CharSequence,android.widget.Filter.FilterResults)返回FilterResults
    protected abstract FilterResults performFiltering(CharSequence constraint);
    
    //在线程中调用此函数,将过滤后的结果FilterResults更新到UI界面,
    protected abstract void publishResults(CharSequence constraint,FilterResults results);
  
    //将过滤后的Item转换成字符串,根据实际需要重写
    public CharSequence convertResultToString(Object resultValue) {
        return resultValue == null ? "" : resultValue.toString();
    }
    
    //保存过滤操作后得到的结果,实际上就是一个数据封装
    protected static class FilterResults {
        public FilterResults() {           
        }
        // Contains all the values computed by the filtering operation.
        //一般是数组或Arraylist
        public Object values;
        //values个数
        public int count;
    }
    
    //Listener used to receive a notification upon completion of a filtering operation
    public static interface FilterListener {
    //Notifies the end of a filtering operation
    public void onFilterComplete(int count);
    }
}





二、AutoCompleteTextView利用ArrayAdapter实现提示原理

实现一个完整的Filter流程,一般是两个步骤:一是实现对数据的过滤操作,获得过滤结果后,通过观察者模式获知数据发生变化,并进行后续处理;二是在过滤操作完成后,调用监听器接口实现自定义操作:public static interface FilterListener 


1、ArrayAdapter 
ArrayAdapter实现继承自Filter的内部类ArrayFilter,主要是实现两个函数:
performFiltering,主要是对ArrayAdapter中的数据项实现对某个前缀的匹配操作,并获得匹配的数据项;publishResults,获得符合过滤条件的结果后,通过观察者模式,实现刷新等操作。

public class ArrayAdapter<T> extends BaseAdapter implements Filterable {


    public Filter getFilter() {
        if (mFilter == null) {
            mFilter = new ArrayFilter();
        }
        return mFilter;
    }


    /**
     * An array filter constrains the content of the array adapter with  a prefix. 
     * Each item that does not start with the supplied prefix  is removed from the list.
     */
     
    private class ArrayFilter extends Filter {
        @Override
        protected FilterResults performFiltering(CharSequence prefix) {
        
            FilterResults results = new FilterResults();


            if (mOriginalValues == null) {
                synchronized (mLock) {
                    mOriginalValues = new ArrayList<T>(mObjects);
                }
            }


            if (prefix == null || prefix.length() == 0) {
                ArrayList<T> list;
                synchronized (mLock) {
                    list = new ArrayList<T>(mOriginalValues);
                }
                results.values = list;
                results.count = list.size();
            } else {
                String prefixString = prefix.toString().toLowerCase();


                ArrayList<T> values;
                synchronized (mLock) {
                    values = new ArrayList<T>(mOriginalValues);
                }


                final int count = values.size();
                final ArrayList<T> newValues = new ArrayList<T>();


                for (int i = 0; i < count; i++) {
                    final T value = values.get(i);
                    final String valueText = value.toString().toLowerCase();


                    // First match against the whole, non-splitted value
                    if (valueText.startsWith(prefixString)) {
                        newValues.add(value);
                    } else {
                        final String[] words = valueText.split(" ");
                        final int wordCount = words.length;


                        // Start at index 0, in case valueText starts with space(s)
                        for (int k = 0; k < wordCount; k++) {
                            if (words[k].startsWith(prefixString)) {
                                newValues.add(value);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }


                results.values = newValues;
                results.count = newValues.size();
            }


            return results;
        }


        @Override
        protected void publishResults(CharSequence constraint, FilterResults results) {
            //noinspection unchecked
            mObjects = (List<T>) results.values;
            if (results.count > 0) {
                notifyDataSetChanged();
            } else {
                notifyDataSetInvalidated();
            }
       }
}

2、AutoCompleteTextView

实现Filter中的接口Filter.FilterListener


public class AutoCompleteTextView extends EditText implements Filter.FilterListener {


    public void onFilterComplete(int count) {
        updateDropDownForFilter(count);
    }


    private void updateDropDownForFilter(int count) {
        // Not attached to window, don't update drop-down
        if (getWindowVisibility() == View.GONE) return;


        /*
         * This checks enoughToFilter() again because filtering requests
         * are asynchronous, so the result may come back after enough text
         * has since been deleted to make it no longer appropriate
         * to filter.
         */


        final boolean dropDownAlwaysVisible = mPopup.isDropDownAlwaysVisible();
        final boolean enoughToFilter = enoughToFilter();
        if ((count > 0 || dropDownAlwaysVisible) && enoughToFilter) {
            if (hasFocus() && hasWindowFocus() && mPopupCanBeUpdated) {
                showDropDown();
            }
        } else if (!dropDownAlwaysVisible && isPopupShowing()) {
            dismissDropDown();
            // When the filter text is changed, the first update from the adapter may show an empty
            // count (when the query is being performed on the network). Future updates when some
            // content has been retrieved should still be able to update the list.
            mPopupCanBeUpdated = true;
        }
    }

三、自定义Filter

ArrayAdapter只能实现一个TextView,通过自定义一个ContactAdapter,实现两个TextView,配合AutoCompleteTextview使用

自定义ContactAdapter:

package com.study.contactadapter;

import java.util.ArrayList;

import android.content.Context;
import android.view.LayoutInflater;
import android.view.View;
import android.view.ViewGroup;
import android.widget.BaseAdapter;
import android.widget.Filter;
import android.widget.Filterable;
import android.widget.TextView;

import com.example.autotipphonenumber.R;
import com.study.remind.Contact;

public class ContactAdapter extends BaseAdapter implements Filterable{
	
	private Context context;
	private ArrayList<Contact> Datas;
	private LayoutInflater inflater;
	
	public ContactAdapter(Context context,ArrayList<Contact> Datas){
		this.context=context;
		this.Datas=Datas;	
		//设置inflater的两种方式
		//inflater=(LayoutInflater) context.getSystemService(Context.LAYOUT_INFLATER_SERVICE);
		inflater=LayoutInflater.from(context);
	}

	@Override
	public int getCount() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return Datas.size();
	}

	@Override
	public Object getItem(int position) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return Datas.get(position);
	}

	@Override
	public long getItemId(int position) {
		// TODO Auto-generated method stub
		return position;
	}

	@Override
	public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) {
		View root = inflater.inflate(R.layout.contcat,null);
		
		TextView name=(TextView) root.findViewById(R.id.name);
		TextView phoneNum=(TextView) root.findViewById(R.id.phoneNum);
		
		name.setText(Datas.get(position).getName());
		phoneNum.setText(Datas.get(position).getPhoneNum());
		return root;
	}

	//实现Filterabale接口
	@Override
	public Filter getFilter() {
		return new ContactFilter();
	}
	
	private class ContactFilter extends Filter{

		@Override
		//两个textview中的任意一个<span style="font-family: KaiTi_GB2312;">首字母符合过滤条件,则将其加入到过滤结果中</span>
protected FilterResults performFiltering(CharSequence constraint) {
			
			FilterResults results = new FilterResults();
			ArrayList<Contact> filterResult=new ArrayList<Contact>();
					
			
			for(int i=0;i<Datas.size();i++){
				if(Datas.get(i).getName().startsWith((String) constraint) || Datas.get(i).getPhoneNum().startsWith((String) constraint) ){
					filterResult.add(Datas.get(i));
				}
			}
			
            results.values = filterResult;
            results.count = filterResult.size();
			return results;
		}

		@Override
		protected void publishResults(CharSequence constraint,
				FilterResults results) {

            if (results.count > 0) {
                notifyDataSetChanged();
            } else {
                notifyDataSetInvalidated();
            }
			
		}
		
	}

}

MainActivity源码:


package com.example.autotipphonenumber;

import java.util.ArrayList;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.widget.AdapterView;
import android.widget.AdapterView.OnItemClickListener;
import android.widget.AdapterView.OnItemSelectedListener;
import android.widget.AutoCompleteTextView;

import com.study.contactadapter.ContactAdapter;
import com.study.remind.Contact;

public class MainActivity extends Activity {

	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
	
		final AutoCompleteTextView autoTip=(AutoCompleteTextView) this.findViewById(R.id.autoTip);
		autoTip.setThreshold(1);
		
		//初始化数据
		ArrayList<Contact> Contacts=Contact.generateContact();	
		
		//自定义adapter
		ContactAdapter adapter=new ContactAdapter(this,Contacts);
		autoTip.setAdapter(adapter);		
		
		//设置点击事件获取文本		
		autoTip.setOnItemClickListener(new OnItemClickListener() {

			@Override
			public void onItemClick(AdapterView<?> parent, View view,
					int position, long id) {
				Contact contact=(Contact) parent.getItemAtPosition(position);
				autoTip.setText(contact.getPhoneNum());
	
			}
		});

	}
}

结果:



<think>好的,我现在需要帮助用户理解MATLAB中的filter函数,包括它的工作原理、数学表达式以及实现方式。首先,我应该回忆一下自己对这个函数的了解,并整理相关的知识点。 用户的问题提到了filter函数的工作原理和数学表达式,还有实现方式。根据用户提供的引用[2],filter函数的基本调用格式是y = filter(b,a,X),还有其他形式。这说明用户可能已经知道一些基本用法,但需要更深入的数学解释。 首先,filter函数是用来实现数字滤波的,通常应用于一维信号处理。它基于线性时不变(LTI)系统,使用差分方程来描述系统。数学上,这应该是一个差分方程的形式,可能涉及分子和分母系数,也就是b和a向量。 接下来,我需要回忆差分方程的标准形式。一般来说,一个离散时间系统可以用差分方程表示为: a(1)*y(n) = b(1)*x(n) + b(2)*x(n-1) + ... + b(Nb+1)*x(n-Nb) - a(2)*y(n-1) - ... - a(Na+1)*y(n-Na) 这里,a和b是系数向量,x是输入信号,y是输出信号。不过,MATLAB中的filter函数可能使用了归一化的形式,即a(1)不一定为1,所以需要调整方程两边。例如,如果a(1)不为1,那么方程两边都要除以a(1)。这可能需要更仔细的处理,比如在MATLAB文档中提到的归一化步骤。 然后,数学表达式需要转化为Z变换的形式,传递函数H(z)应该是分子多项式b和分母多项式a的比值。传递函数的表达式为H(z) = (b(1) + b(2)z^{-1} + ... + b(nb)z^{-(nb-1)}) / (a(1) + a(2)z^{-1} + ... + a(na)z^{-(na-1)}))。这个传递函数对应的是系统的冲激响应,而filter函数通过差分方程递归地计算输出。 关于实现方式,filter函数应该是按顺序处理输入信号的每个样本,利用递推关系计算当前的输出y(n)。这涉及到前向反馈(分子部分,即b系数)和反向反馈(分母部分,即a系数)。具体来说,每个输出样本y(n)是当前和过去输入样本的加权和,减去过去输出样本的加权和,然后除以a(1)。需要特别注意初始条件的处理,比如zi参数可能用来提供初始状态,避免初始瞬态的影响。 用户可能还关心边界情况,比如当a(1)=0时的情况,但根据MATLAB文档,a(1)不能为零,否则会报错。此外,如果a向量的第一个元素不是1,函数内部会自动将整个方程归一化,因此用户提供的a系数可能需要调整。 举个例子,假设有一个简单的低通滤波器,b = [1, 1],a = [2, -1],输入X是某个信号。那么根据差分方程,每个输出y(n) = (1*x(n) + 1*x(n-1) + 1*y(n-1)) / 2。这里需要注意索引的问题,因为在MATLAB中系数向量的索引是从1开始的,而差分方程中的延迟项可能对应不同的索引。 然后,关于实现方式,可能需要解释filter函数是如何递归地应用这个差分方程的。例如,使用直接I型或直接II型结构来实现滤波器,但MATLAB的具体实现可能优化了计算步骤,特别是处理初始状态和缓冲区的方式。 另外,用户提供的引用中提到可以使用不同的调用格式,比如带有初始状态zi的情况,这时候filter会使用这些初始条件来计算输出,可能影响前几个样本的输出值。当处理分段信号时,这种功能非常有用,可以保持状态的连续性。 最后,可能需要提到一些注意事项,比如系数向量的长度,a和b的排列顺序,以及如何设计这些系数来设计特定的滤波器(比如使用butter、cheby1等函数生成b和a)。 总结一下,回答的结构应该是: 1. 工作原理:基于差分方程的递归滤波。 2. 数学表达式:差分方程和传递函数的形式。 3. 实现方式:如何应用递推关系,处理初始条件,以及系数的归一化。 4. 示例说明:通过一个具体的例子展示计算过程。 5. 注意事项:如a(1)不能为零,归一化处理等。 需要确保所有的数学公式用正确的LaTeX格式,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。同时,根据用户的引用[2],在适当的地方添加引用标识,比如提到初始条件时引用[^2]。 现在需要检查是否有遗漏的关键点,例如,是否提到了滤波器类型(IIR或FIR),当a(1)=1时为FIR,否则为IIR?或者是否需要解释滤波器的稳定性和系数之间的关系?不过用户的问题主要集中在原理和表达式,可能不需要深入稳定性分析。 另外,关于实现方式,可能需要说明MATLAB内部是如何高效计算这个滤波的,比如使用向量化和状态保存,但用户可能更关心数学上的实现步骤而不是具体的代码优化。 最后,生成相关问题需要考虑用户可能进一步想知道的内容,比如如何设计滤波器系数,如何处理实时数据,或者与其他滤波函数的比较。</think>### MATLAB filter函数解析 #### 一、工作原理 MATLAB的$filter$函数基于**线性时不变系统(LTI)**的差分方程实现数字滤波,支持IIR(无限冲激响应)和FIR(有限冲激响应)滤波器。其核心是通过递归计算输入信号与滤波器系数的卷积,并结合反馈项生成输出信号[^2]。 #### 二、数学表达式 1. **差分方程形式** 系统描述为: $$a(1)y(n) = b(1)x(n) + b(2)x(n-1) + \dots + b(n_b)x(n-n_b+1) \\ - a(2)y(n-1) - \dots - a(n_a)y(n-n_a+1)$$ 其中: - $a=[a(1),a(2),\dots,a(n_a)]$:分母系数(反馈项) - $b=[b(1),b(2),\dots,b(n_b)]$:分子系数(前馈项) - $x(n)$:输入信号,$y(n)$:输出信号 2. **传递函数形式** 通过Z变换可得系统传递函数: $$H(z) = \frac{B(z)}{A(z)} = \frac{b(1) + b(2)z^{-1} + \dots + b(n_b)z^{-(n_b-1)}}{a(1) + a(2)z^{-1} + \dots + a(n_a)z^{-(n_a-1)}}$$ #### 三、实现方式 1. **递归计算流程** - 初始化状态向量(若未指定$zi$,默认初始状态为0)。 - 对每个输入样本$x(n)$,按差分方程计算$y(n)$: $$y(n) = \frac{1}{a(1)} \left( \sum_{k=1}^{n_b} b(k)x(n-k+1) - \sum_{k=2}^{n_a} a(k)y(n-k+1) \right)$$ - 更新状态缓存,用于后续计算。 2. **初始状态处理** - 输入参数$zi$用于指定初始条件,避免初始瞬态误差。例如: ```matlab [y, zf] = filter(b, a, X, zi); ``` 其中$zf$为最终状态,可用于分段滤波时保持连续性。 3. **归一化要求** - 若$a(1) \neq 1$,函数内部会自动将方程两边除以$a(1)$,因此实际计算中需保证$a(1) \neq 0$。 #### 四、示例说明 **案例**:对信号$X = [1, 2, 3]$应用滤波器$b=[1, 0.5]$, $a=[2, -1]$,计算输出。 1. 差分方程: $$2y(n) = 1\cdot x(n) + 0.5\cdot x(n-1) + 1\cdot y(n-1)$$ 即: $$y(n) = \frac{1}{2}x(n) + \frac{0.5}{2}x(n-1) + \frac{1}{2}y(n-1)$$ 2. 逐步计算(假设初始条件为0): - $y(1) = (1×1 + 0.5×0)/2 + (1×0)/2 = 0.5$ - $y(2) = (1×2 + 0.5×1)/2 + (1×0.5)/2 = 1.25$ - $y(3) = (1×3 + 0.5×2)/2 + (1×1.25)/2 = 2.375$ 最终输出:$y = [0.5, 1.25, 2.375]$。 #### 五、注意事项 - **系数顺序**:$a$和$b$的索引从1开始,对应差分方程的延迟项。 - **稳定性**:若传递函数极点位于单位圆内(分母根满足$|z|<1$),滤波器稳定。 - **设计工具**:可使用`butter`、`cheby1`等函数生成滤波器系数。
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