matlab数据的输入输出

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。 例例例例 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。 例例例例 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=ans; >> 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 0.8214 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 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。 例例例例 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 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。 例例例例 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' 例例例例 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 -43.30000000 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 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 1.00000000 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 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。