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Matlab文件和数据的导入与导出
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Matlab文件和数据的导入与导出
在编写一个程序时，经常需要从外部读入数据，或者将程序运行的结果保存为文件。MATLAB使用多种格式打开和保存数据。本章将要介绍 MATLAB中文件的读写和数据的导入导出。13.1 数据基本操作　　本节介绍基本的数据操作，包括工作区的保存、导入和文件打开。13.1.1 文件的存储　　MATLAB支持工作区的保存。用户可以将工作区或工作区中的变量以文件的形式保存，以备在需要时再次导入。保存工作区可以通过菜单进行，也可以通过命令窗口进行。　　1. 保存整个工作区　　选择File菜单中的Save Workspace As…命令，或者单击工作区浏览器工具栏中的Save，可以将工作区中的变量保存为MAT文件。　　2. 保存工作区中的变量　　在工作区浏览器中，右击需要保存的变量名，选择Save As…，将该变量保存为MAT文件。　　3. 利用save命令保存　　该命令可以保存工作区，或工作区中任何指定文件。该命令的调用格式如下：● save：将工作区中的所有变量保存在当前工作区中的文件中，文件名为 matlab.mat，MAT文件可以通过load函数再次导入工作区，MAT函数可以被不同的机器导入，甚至可以通过其他的程序调用。● save('filename')：将工作区中的所有变量保存为文件，文件名由filename指定。如果filename中包含路径，则将文件保存在相应目录下，否则默认路径为当前路径。● save('filename', 'var1', 'var2', ...)：保存指定的变量在 filename 指定的文件中。● save('filename', '-struct', 's')：保存结构体s中全部域作为单独的变量。● save('filename', '-struct', 's', 'f1', 'f2', ...)：保存结构体s中的指定变量。● save('-regexp', expr1, expr2, ...)：通过正则表达式指定待保存的变量需满足的条件。● save('..., 'format')，指定保存文件的格式，格式可以为MAT文件、ASCII文件等。13.1.2 数据导入　　MATLAB中导入数据通常由函数load实现，该函数的用法如下：● load：如果matlab.mat文件存在，导入matlab.mat中的所有变量，如果不存在，则返回error。● load filename：将filename中的全部变量导入到工作区中。● load filename X Y Z ...：将filename中的变量X、Y、Z等导入到工作区中，如果是MAT文件，在指定变量时可以使用通配符“*”。● load filename -regexp expr1 expr2 ...：通过正则表达式指定需要导入的变量。● load -ascii filename：无论输入文件名是否包含有扩展名，将其以ASCII格式导入；如果指定的文件不是数字文本，则返回error。● load -mat filename：无论输入文件名是否包含有扩展名，将其以mat格式导入；如果指定的文件不是MAT文件，则返回error。例13-1 将文件matlab.map中的变量导入到工作区中。　　首先应用命令whos Cfile查看该文件中的内容：　　&& whos -file matlab.mat　　 Name&&&&&&&&&&&&&&&&& Size&&&&&&&&&&&&& Bytes Class　　 A&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 2x3&&&&&&&&&&&&& 48 double array　　 I_q&&&&&&&&&&&&&&&& 415x552x3&&&&&&&&&&& 687240 uint8 array　　 ans&&&&&&&&&&&&&&& 1x3&&&&&&&&&&&&&& 24 double array　　 num_of_cluster&&&&&& 1x1&&&&&&&&&&&&&& 8 double array　　Grand total is 687250 elements using 687320 bytes　　将该文件中的变量导入到工作区中：　　&& load matlab.mat　　该命令执行后，可以在工作区浏览器中看见这些变量，如图13-1所示。图13-1 导入变量后的工作区视图　　接下来用户可以访问这些变量。　　&& num_of_cluster　　num_of_cluster =　　&&&& 3　　MATLAB中，另一个导入数据的常用函数为importdata，该函数的用法如下：● importdata('filename')，将filename中的数据导入到工作区中；● A = importdata('filename')，将filename中的数据导入到工作区中，并保存为变量A；● importdata('filename','delimiter')，将filename中的数据导入到工作区中，以delimiter指定的符号作为分隔符；例13-2 从文件中导入数据。　　&& imported_data = importdata('matlab.mat')　　imported_data = 　　&&&&&&&&&&&&&& ans: [1.8 1.6534]　　&&&&&&&&&&&&&&&& A: [2x3 double]　　&&&&&&&&&&&&&& I_q: [415x552x3 uint8]　　&&& num_of_cluster: 3　　与load函数不同，importdata将文件中的数据以结构体的方式导入到工作区中。13.1.3 文件的打开　　MATLAB中可以使用open命令打开各种格式的文件，MATLAB自动根据文件的扩展名选择相应的编辑器。&& 需要注意的是open('filename.mat')和load('filename.mat')的不同，前者将filename.mat以结构体的方式打开在工作区中，后者将文件中的变量导入到工作区中，如果需要访问其中的内容，需要以不同的格式进行。&& 例13-3 open与load的比较。　　&& clear　　&& A = magic(3);　　&& B = rand(3);　　&& save　　Saving to: matlab.mat　　&& clear　　&& load('matlab.mat')　　&& A　　A =　　&&&& 8&&&& 1&&&& 6　　&&&& 3&&&& 5&&&& 7　　&&&& 4&&&& 9&&&& 2　　&& B　　B =　　&&& 0.9501&&& 0.4860&&& 0.4565　　&&& 0.2311&&& 0.8913&&& 0.0185　　&&& 0.6068&&& 0.7621&&& 0.8214　　&& clear　　&& open('matlab.mat')　　ans = 　　&&& A: [3x3 double]　　&&& B: [3x3 double]　　&& struc1=　　&& struc1.A　　ans =　　&&&& 8&&&& 1&&&& 6　　&&&& 3&&&& 5&&&& 7　　&&&& 4&&&& 9&&&& 2　　&& struc1.B　　ans =　　&&& 0.9501&&& 0.4860&&& 0.4565　　&&& 0.2311&&& 0.8913&&& 0.0185　　&&& 0.6068&&& 0.7621&&& 0.821413.2 文本文件的读写　　在上一节中介绍的函数和命令主要用于读写mat文件，而在应用中，需要读写更多格式的文件，如文本文件、word文件、xml文件、xls文件、图像文件和音视频文件等。本节介绍文本文件(txt)的读写。其他文件的读写，用户可以参考MATLAB帮助文档。　　MATLAB中实现文本文件读写的函数如表13-1所示。表13-1 MATLAB中文本文件读写函数函&&& 数功&&& 能csvread读入以逗号分隔的数据csvwrite将数据写入文件，数据间以逗号分隔dlmread将以 ASCII 码分隔的数值数据读入到矩阵中dlmwrite将矩阵数据写入到文件中，以 ASCII 分隔textread从文本文件中读入数据，将结果分别保存textscan从文本文件中读入数据，将结果保存为单元数组　　　　下面详细介绍这些函数。　　1. csvread、csvwrite　　csvread函数的调用格式如下：● M = csvread('filename')，将文件filename中的数据读入，并且保存为M，filename中只能包含数字，并且数字之间以逗号分隔。M是一个数组，行数与filename的行数相同，列数为filename列的最大值，对于元素不足的行，以0补充。● M = csvread('filename', row, col)，读取文件filename中的数据，起始行为row，起始列为col，需要注意的是，此时的行列从0开始。● M = csvread('filename', row, col, range)，读取文件filename 中的数据，起始行为 row，起始列为col，读取的数据由数组 range 指定，range 的格式为：[R1 C1 R2 C2]，其中R1、C1为读取区域左上角的行和列，R2、C2为读取区域右下角的行和列。　　csvwrite 函数的调用格式如下：● csvwrite('filename',M)，将数组M中的数据保存为文件filename，数据间以逗号分隔。● csvwrite('filename',M,row,col)，将数组M中的指定数据保存在文件中，数据由参数 row和col指定，保存row和col右下角的数据。● csvwrite写入数据时每一行以换行符结束。另外，该函数不返回任何值。　　这两个函数的应用见下面的例子。例13-4 函数csvread和csvwrite 的应用。　　本例首先将MATLAB的图标转化为灰度图，将数据存储在文本文件中，再将其部分读出，显示为图形。　　编写M文件，命名为immatlab.m，内容为：　　% the example of functions csvread and csvwrite　　I_MATLAB= imread('D:\matlab.bmp');&&&& % read in the image　　I_MATLAB= rgb2gray(I_matlab);&&&&&&&&& % convert the image to gray image　　figure,imshow(I_matlab,'InitialMagnification',100); % show the image　　csvwrite('D:\matlab.txt',I_matlab);&&&& % write the data into a text file　　sub_MATLAB= csvread('D:\matlab.txt',100,100);% read in part of the data　　sub_MATLAB= uint8(sub_matlab);&&&&&&&& % convert the data to uint8　　figure,imshow(sub_matlab,'InitialMagnification',100);&&&&& % show the new image　　在命令窗口中运行该脚本，输出图形如图13-2所示。(a)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (b)图13-2 例13-3 的运行结果　　该例中涉及到了少量的图像处理内容，超出本书的范围，感兴趣的读者可以查阅 MATLAB帮助文档中关于Image Processing Toolbox的介绍。　　2. dlmread、dlmwrite（个人觉得这个比较好用）　　dlmread函数用于从文档中读入数据，其功能强于csvread。dlmread的调用格式如下：● M = dlmread('filename')● M = dlmread('filename', delimiter)● M = dlmread('filename', delimiter, R, C)● M = dlmread('filename', delimiter, range)　　其中参数delimiter用于指定文件中的分隔符，其他参数的意义与csvread函数中参数的意义相同，这里不再赘述。dlmread函数与csvread函数的差别在于，dlmread函数在读入数据时可以指定分隔符，不指定时默认分隔符为逗号。　　dlmwrite函数用于向文档中写入数据，其功能强于csvwrite函数。dlmwrite函数的调用格式为：● dlmwrite('filename', M)，将矩阵M的数据写入文件filename中，以逗号分隔。● dlmwrite('filename', M, 'D')，将矩阵M的数据写入文件filename中，采用指定的分隔符分隔数据，如果需要tab键，可以用“\t”指定。● dlmwrite('filename', M, 'D', R, C)，指定写入数据的起始位置。● dlmwrite('filename', M, attribute1, value1, attribute2, value2, ...)，指定任意数目的参数，可以指定的参数见下表。● dlmwrite('filename', M, '-append')，如果filename指定的文件存在，在文件后面写入数据，不指定时则覆盖原文件。● dlmwrite('filename', M, '-append', attribute-value list)，叙写文件，并指定参数。● dlmwrite 函数的可用参数如表13-2所示。
表13-2 dlmwrite函数的可用参数参 数 名功&&& 能delimiter用于指定分隔符newline用于指定换行符，可以选择“pc”或者“unix”roffset行偏差，指定文件第一行的位置，roffset 的基数为 0coffset列偏差，指定文件第一列的位置，coffset 的基数为 0precision指定精确度，可以指定精确维数，或者采用 c 语言的格式，如“%10.5f”　　　　3. textread，textscan　　当文件的格式已知时，可以利用textread函数和textscan函数读入。这里只介绍这两个函数应用的实例。　　例13-5 通过%读入文件，按照原有格式读取。文件的内容为：　　Sally&&& Level1 12.34 45 Yes在命令窗口中输入：　　&& [names, types, x, y, answer] = textread('D:\mat.txt','%s %s %f %d %s', 1)得到结果为：　　names = 　　&&& 'Sally'　　types = 　　&&& 'Level1'　　x =　　&& 12.3400　　y =　　&&& 45　　answer = 　　&&& 'Yes'　　　　　　例13-6 函数csvread和csvwrite的应用　　Sally Level1 12.34 45 1.23e10 inf NaN Yes　　Joe Level2 23.54 60 9e19 -inf 0.001 No　　Bill Level3 34.90 12 2e5 10 100 No　　&& fid = fopen('D:\mat.txt');　　&& C = textscan(fid, '%s %s %f32 %d8 %u %f %f %s');　　&& fclose(fid);13.3 低级文件I/O　　本节介绍一些基本的文件操作，这些操作如表13-3所示。表13-3 MATLAB的基本文件操作函&&& 数功&&& 能&&&& fclose关闭打开的文件&&&& feof判断是否为文件结尾&&&& ferror文件输入输出中的错误查找&&&& fgetl读入一行，忽略换行符&&&& fgets读入一行，直到换行符&&&& fopen打开文件，或者获取打开文件的信息&&&& fprintf格式化输入数据到文件&&&& fread从文件中读取二进制数据&&&& frewind将文件的位置指针移至文件开头位置&&&& fscanf格式化读入&&&& fseek设置文件位置指针&&&& ftell文件位置指针&&&& fwrite向文件中写入数据　　　　下面重点介绍函数fprintf。该函数的调用格式如下：　　count = fprintf(fid, format, A, ...)，该语句将矩阵A及后面其他参数中数字的实部以 format 指定的格式写入到fid指定的文件中，返回写入数据的字节数。　　上面语句中，参数format由%开头，共可由4个部分组成，分别如下：● 标记(flag)，为可选部分。● 宽度和精度指示，为可选部分。● 类型标志符，为可选部分。● 转换字符，为必需部分。　　1. 标记　　标记用于控制输出的对齐方式，可以选择的内容如表13-4所示。表13-4 标记的可选内容函&&& 数功&&& 能示&&& 例　　负号(-)&&&&&&&&&& 在参数左侧进行判别&&&& %-5.2d　　加号(+)&&&&&&&&&& 在数字前添加符号&&&& %+5.2d　　空格&&&&&&&&&& 在数字前插入空格&&&& % 5.2d　　0&&&&&&&&&& 在数字前插入0&&&& %05.2d　　2. 宽度和精度指示　　用户可以通过数字指定输出数字的宽度及精度，格式如下：● %6f，指定数字的宽度；● %6.2f，指定数字的宽度及精度；● %.2f，指定数字的精度。例13-6 fprintf函数宽度和精度指示符示例。　　在命令窗口中输入如下命令：　　&& file_type = fopen('D:\type.txt','w');　　&& fprintf(file_h, '%6.2f %12.8f\n', 1.2, -43.3);　　&& fprintf(file_h, '%6f %12f\n', 1.2, -43.3);　　&& fprintf(file_h, '%.2f %.8f\n', 1.2, -43.3);　　&& fclose(file_h)　　ans =　　&&&& 0　　打开该文件，其内容为：　　 1.20 -43.　　1.200000&& -43.300000　　1.20 -43.　　从上述结果可以看出宽度和精度控制的效果。　　3. 转换字符　　转换字符用于指定输出的符号，可以选择的内容如表13-5所示。表13-5 格式化输出的标志符及意义标 志 符意&&& 义&&&& %c输出单个字符&&&& %d输出有符号十进制数&&&& %e采用指数格式输出，采用小写字母 e，如：3.1415e+00(续表)&& 标 志 符意&&& 义&&&& %E采用指数格式输出，采用大写字母 E，如：3.1415E+00&&&& %f以定点数的格式输出&&&& %g%e及%f的更紧凑的格式，不显示数字中无效的 0&&&& %G与%g相同，但是使用大写字母E&&&& %i有符号十进制数&&&& %o无符号八进制数&&&& %s输出字符串&&&& %u无符号十进制数&&&& %x十六进制数(使用小写字母a－f)&&&& %X十六进制数(使用大写字母A－F)　　　　其中 %o、%u、%x、%X支持使用子类型，具体情况这里不再赘述。格式化输出标志符的效果见下面的例子。例13-7 fprintf 格式化输出示例。　　&& x = 0:.1:1;　　&& y = [x; exp(x)];　　&& fid = fopen('exp.txt', 'wt');　　&& fprintf(fid, '%6.2f %12.8f\n', y);　　&& fclose(fid)　　ans =　　&&&& 0　　显示该文件：　　&& type exp.txt　　 0.00&& 1.　　 0.10&& 1.　　…　　 0.90&& 2.　　 1.00&& 2.　　例13-9 利用 fprintf 函数在显示器上输出字符串　　&& fprintf(1,'It''s Friday.\n')　　It's Friday.　　在该例中，利用1表示显示器，并且用两个单引号显示单引号，使用\n进行换行。在格式化输出中，这类符号称为转义符。MATLAB中的常用转义符如表13-6所示。　　　　表13-6 MATLAB中的常用转义符转 义 符功&&& 能&& \b　　　　　　　　　　　　　　退格&& \f　　　　　　　　　　　　　　表格填充&& \n　　　　　　　　　　　　　　换行符&& \r　　　　　　　　　　　　　　回车&& \t　　　　　　　　　　　　　　tab&& \\　　　　　　　　　　　　　　\，反斜线&& \'' 或 ''　　　　　　　　　　　　　　'，单引号&& %%　　　　　　　　　　　　　　%，百分号13.4 利用界面工具导入数据　　除前面几节介绍的函数外，也可以通过界面工具将数据导入到工作区中。本节介绍利用工作区浏览器中的工具导入数据。　　选择工作区浏览器工具栏中的“Import Data”，选择待导入的文件，这里我们选择了一个文本文件，其内容为逗号分隔的数字，打开窗口如图13-3所示。