Matlab数据文件的读写

Matlab数据文件的读写

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 =

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

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。

● cs vwrite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', del imiter)

● 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, att ribute2, 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”

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'

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

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

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

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 =

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 =

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