原创 Matlab文件和数据的导入与导出

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 –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 =
　　     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 -43.30000000
　　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。