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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。
  
   了解MATLAB的基本数据操作
   掌握MATLAB中文本文件的读写方式
   掌握MATLAB通过界面导入导出数据
   了解MATLAB中的基本输入输出函数
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 –file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: [1.1813 1.0928 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 =
             6
             7
             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=ans;
  >> struc1.A
  ans =
             6
             7
             2
  >> struc1.B
  ans =
      0.9501    0.4860    0.4565
      0.2311    0.8913    0.0185
      0.6068    0.7621    0.8214
13.2 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   
功   
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
  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   
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 0
coffset
列偏差,指定文件第一列的位置,coffset 的基数为 0
precision
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   
功   
     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   
功   
示   
  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 -43.30000000
  1.200000   -43.300000
  1.20 -43.30000000
  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   
     %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   
     %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   1.00000000
   0.10   1.10517092
  …
   0.90   2.45960311
   1.00   2.71828183
  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   
   \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

 

 

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