MATLAB 之工程应用

1、MATLAB 之工程應用1檔案讀寫方煒 台大生機系MATLAB 之工程應用2本章重點nMATLAB 內建許多有關檔案讀寫的函數n對二進制檔案或 ASCII 檔案都可以進行處理n開啟n關閉n儲存MATLAB 之工程應用3高階的檔案讀寫指令n先列出常用讀寫檔案指令,稍後將介紹用法類別支援檔案格式指令 一般資料MAT - MATLAB workspaceload, saveCSV - Comma separated numberscsvread, csvwriteDAT - Formatted textImportdataDLM - Delimited textdlmread, dlmwriteTA

2、B - Tab separated text試算表XLS - Excel worksheetXlsreadWK1 - Lotus 123 worksheetwk1read, wk1writeMATLAB 之工程應用4高階的檔案讀寫指令(cont)類別支援檔案格式指令 科學資料CDF - Common Data FormatFITS - Flexiblecdfread, cdfwriteImage Transport SystemFitsreadHDF - Hierarchical Data Formathdfread, hdfwrite電影AVI - Movieaviread影像TIFF, P

3、NG, HDF, BMP, JPEG, GIF, PCX, XWD, CUR, ICO, RAS, PBM, PGM, PPMimread, imwrite音訊AU, SND - NeXT/Sun soundauread, auwriteWAV - Microsoft Wave soundwavread, wavwriteMATLAB 之工程應用5csvreadn使用 csvread 指令來讀取n條件:n資料檔案是由逗號分開n只有包含數值資料nEx:csvread01.mfprintf(data.csv 的內容：n);type data.csv% 列出 data.csv 的內容A = csvr

4、ead(data.csv) % 將 data.csv 的內容讀到矩陣 AMATLAB 之工程應用6resultdata.csv 的內容：1, 2, 34, 56, 7, 8, 9A =1 2 3 04 5 0 06 7 8 9ncsvread 會傳回一個數值矩陣n其中缺席的資料將以 0 填入。MATLAB 之工程應用7dlmreadn如果數值資料的分界符號（Delimiters）不是逗點，就不能使用 csvread 指令，而要改用 dlmread 指令nEx:dlmread01.mfprintf(data.dlm 的內容：n);type data.dlm% 列出 data.dlm 的內容A =

5、 dlmread(data.dlm, t)% 將 data.dlm 的內容讀到矩陣 AMATLAB 之工程應用8Resultdata.dlm 的內容：123456789A =1 2 3 04 5 0 06 7 8 9n上例中data.dlm 的資料是以定位鍵（Tab）隔開，因此 dlmread 指令的第二個引數是 t，以代表定位鍵MATLAB 之工程應用9textreadn如果檔案資料包含數值及字串，我們就必須改用 textread 指令nEx:textread01.mfprintf(data.txt 的內容：n);type data.txt% 列出 data.txt 的內容name, hob

6、by, age = textread(data.txt, %s%s%d)MATLAB 之工程應用10resultdata.txt 的內容：Timmy OnlineGames 13Annie Chatrooms 10Roger Tennis 41name = Timmy Annie Rogerhobby = OnlineGames Chatrooms Tennisage = 13 10 41在上述範例中，data.txt 包含三個欄位（或是三直行的資料）ntextread 可在第二個引數指定資料型態n例如上例中 %s 代表字串，%d 代表整數n也同時將讀入的資料設定到不同的輸出引數n由於資料型態

7、的不同，輸出引數也有不同的型態n以上述範例來說，name 和 hobby 都是字串異質陣列，而 age 則是數值陣列。MATLAB 之工程應用11使用定位鍵來分隔欄位n上例中，我們利用空格來分隔欄位n如果欄位值本身也有空格 ?n改用定位鍵來分隔欄位nEx:textread02.mfprintf(data2.txt 的內容：n);type data2.txt% 列出 data2.txt 的內容name, hobby, age = textread(data2.txt, %s%s%d, delimiter, t)MATLAB 之工程應用12resultn結果與前一例相同ntextread 指令中加

8、上對分界字元（Delimiters）的定義，就可以讀出由定位鍵所分隔的資料檔案n若不指定時，預設為空白鍵MATLAB 之工程應用13讀取文字檔ntextread 也可以讀取一個文字檔n同時把檔案內的每一列文字變成字串異質陣列裡面的每一個元素nEx:textread03.mContents = textread(textread03.m,%s,delimiter,n,whitespace,);class(contents)% 印出 contents 的資料類別contents1% 列出 contents 第一列contents2% 列出 contents 第二列MATLAB 之工程應用14Res

9、ultans =cellans =contents=textread(textread03.m,%s,delimiter,n,whitespace,);ans =class(contents)% 印出 contents 的資料類別n上例使用 textread 讀入 textread03.m（也就是此範例檔案），並顯示此檔案的第一列和第二列。ntextread 指令的用法還有很多，功能也很強大n在MATLAB下輸入help textreadn可以得到完整的技術支援。MATLAB 之工程應用15Filereadn若只是要將一個檔案的內容送到一個字串，可以使用 fileread 指令nEx:範例16

10、-6：fileread01.mout = fileread(data2.txt);class(out)size(out)MATLAB 之工程應用16Resultans =charans =1 64n上例中，fileread 指令會將檔案 data2.txt 的內容送到字串變數 outnclass(out) 的值是 char ，顯示 out 的資料型態是字串nsize(out) 顯示字串 out 的長度是 64。MATLAB 之工程應用17更繁複的檔案格式n一般情況下n盡量採取先前介紹的指令來進行讀寫。n資料格式比較繁複時n需要一列一列讀進來n再進行剖析（Parsing）n相關指令將在以下介紹。

11、MATLAB 之工程應用18開啟檔案n無論讀寫 ASCII 或二進制檔案，都必需先用 fopen 函數來開啟檔案，語法如：nfid = fopen(filename, permission)n其中 filename 表示欲讀寫的檔案名稱npermission 則表示欲對檔案進行的處理方式，可以是下列任一字串：nr：只准讀取（reading）檔案nw：只准寫入（writing）檔案na：只准加入（appending）檔案na+：可讀取及加入檔案（reading and appending）n省略第二個引數，permission 的預設值就是 r。MATLAB 之工程應用19有關fopenn在wi

12、ndows下，permission 字串必需能夠分辨binary或 ASCII 檔案。n例如:若要讀binary檔案，則 permission 字串必需是“rb” nfopen 另外支援很多 permission 字串，可輸入 help fopen 得到完整的資訊。nfopen 函數傳回一個檔案辨識碼，通常是個非負的整數，我們可用此辨識碼來對此檔案進行各種讀寫的處理。MATLAB 之工程應用20Ex: fopen01.mn上例可知當檔案不存在時，回傳的 fid 是 1n同時 message 會包含相關的錯誤資訊。fid, message = fopen(no_such_file, r);fpr

13、intf(fid = %dn, fid); fprintf(message = %sn, message);fid = -1message = Sorry. No help in figuring out the problem . . .MATLAB 之工程應用21Ex: fopen02.mn若開啟成功，則傳回的 fid 是一個大於 2 的整數，而且傳回的 message 是一個空字串，例如：fid, message = fopen(fopen02.m, r);fprintf(fid = %dn, fid);fprintf(message = %sn, message);fid = 3mes

14、sage =MATLAB 之工程應用22Tips:nfopen 可傳回第二個引數來顯示錯誤訊息。n為了安全起見，最好在每次使用 fopen 時，都測試其傳回的 fid 是否為有效值。nMATLAB 使用 fid=1 來代表標準輸出（Standard Output）nfid=2 代表標準錯誤輸出（Standard Error）n因此在使用這兩個 fid 的值時，可以不必使用 fopen 來開啟檔案。MATLAB 之工程應用23關閉檔案n完成檔案的讀寫之後，可用 fclose 函數來關閉檔案，用法如下：nstatus = fclose(fid);n若一切順利，fclose 傳回 0。n若無法順利關

15、閉檔案，則 fclose 傳回 -1。n為避免因開啟檔案過多而造成系統資源浪費，一般在完成檔案的讀寫後，即應使用 fclose 來關閉檔案MATLAB 之工程應用24Tips:n若要一次關閉所有開啟的檔案，可用 fclose(all) 或是 fclose all。n開啟及關閉檔案都是比較耗時的函數，因此盡量不要將他們置於迴圈之中，以提高程式執行效率。MATLAB 之工程應用25讀取 ASCII 檔案nfgetl 函數:n可將 ASCII 檔案的內容中的某一列讀出n並將該列的 ASCII 內容以轉成字串傳回。nEx:fgetl01.mfid = fopen(mean.m, r);while fe

16、of(fid)=0% feof 測試檔案指標是否已到達結束位置line = fgetl(fid);disp(line);endMATLAB 之工程應用26讀取 ASCII 檔案(cont)n執行上述程式後，MATLAB 會n先在目前目錄找尋 mean.mn若找不到，再根據搜尋路徑，找出 mean.m 指令的位置然後再將其內容一列一列地列出。n輸入which mean可顯示檔案所在的路徑nfgets 和 fgetl 均可由檔案讀取一列資料：nfgetl 會捨去換行字元nfgets 函數則保留換行字元MATLAB 之工程應用27應用:模擬unix的grep指令ngrep :用來找出包含某一特定字串

17、的一列function grep(filename, pattern)fid = fopen(filename, r);line_number = 0;while feof(fid) = 0,line = fgetl(fid);matched = findstr(line, pattern);if isempty (matched)fprintf(%d: %s n, line_number,line);endline_number = line_number + 1;endfclose(fid); MATLAB 之工程應用28resultn如欲列出 grep.m 中包含 matched 字串的

18、每一列，可輸入如下： grep(grep.m, matched) matched = findstr(line, pattern); if isempty (matched)MATLAB 之工程應用29fscanfn函數fscanf可對ascii檔案作更精確的讀取，用法如下：nmatrix = fscanf(fid, format)n其中 fid 是欲讀取之檔案的辨識碼nformat 是格式指定字串（Format Specifier）n常用的格式指定字串有下列幾種：n%s：字串n%d：10進位的整數n%g：雙倍精準（Double-precision）的浮點數（Floating-point Nu

19、mbers）n其他各種格式指定字串可輸入 help fscanf 來得到詳細的說明MATLAB 之工程應用30Ex: fscanf01.mn有一文字檔 test.txt 如下:1 4 9 16 2536 49 64 81 100 n欲使用 fscanf 指令讀取其內容，可輸入如下：nfid = fopen(test.txt, r);nmyData = fscanf(fid, %g);nfclose(fid);nmyData% 顯示 myDatamyData = 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100MATLAB 之工程應用31Ex: sscanfnsscanf 函數和 fsca

20、nf 的功能很類似nsscanf 函數從字串（strings）中讀取資料nex：sscanf.mstr = num2str(pi, sqrt(2), log10(3)%建立一字串strretrieved = sscanf(str, %g)%擷取str中的doublestr =3.1416 1.4142 0.47712retrieved = 3.1416 1.4142 0.4771MATLAB 之工程應用32寫入 ASCII 檔案nfprintf 函數可將資料依格式指定字串來寫入 ASCII 檔案，其使用語法如下：nfprintf(fid, format, y)n其中 fid 是欲寫入之檔案的辨

21、識碼nformat 是格式指定字串，用以指定資料寫至檔案的格式ny 是 MATLAB 的資料變數n常用的格式指定字串有下列幾種：n%e：科學記號，即將數值表示成 a10b 的形式n%f：固定欄寬（含整數與小數部份）的表示法n%g：自動選取 %e 或 %fn其他各種格式指定字串可輸入 help fprintf 來得到詳細的線上說明。MATLAB 之工程應用33Ex: fprintf01.mn將平方根表寫入檔案x = 1:10;y = x; sqrt(x);fid = fopen(squareRootTable.txt, w);fprintf(fid, Table of square root:r

22、n);fprintf(fid, %2.0f = %10.6frn, y);fclose(fid);dos(start squareRootTable.txt);% 開啟 squareRootTable.txtMATLAB 之工程應用34Resultn在上例中n%2.0f 印出的總欄寬為 2，且不帶小數n %10.6f 印出的總欄寬為 10，包含 6位的小數ntype squareRootTable.txt 來看結果MATLAB 之工程應用35sprintf nsprintf 函數和 fprintf 函數的功能很類似nsprintf 將資料以字串形式傳回nEx: str = sprintf(lo

23、g(%f) = %en, 2, log(2)str =log(2.000000) = 6.931472e-001MATLAB 之工程應用36暫存目錄n在某些應用上，可能需要用到暫存目錄及暫存檔案。n欲取用系統的暫存目錄，可用 tempdir如下： directory = tempdirnResult:directory =C:DOCUME1jangLOCALS1TempMATLAB 之工程應用37暫存檔案n欲開啟一暫存檔案，可用 tempname，如下： filename = tempnamenResult:filename =C:DOCUME1jangLOCALS1Temptp273132M

24、ATLAB 之工程應用38Tipsn不同系統下tempdir 和 tempname會依作業系統的環境變數而產生不同的回傳字串n例如在 Windows 98 作業系統下ntempdir 傳回的字串可能是 nC:windowstempn tempname 傳回的字串可能是n C:WINDOWSTEMPtp512124。MATLAB 之工程應用39應用:產生暫存的 HTML 檔案n以下利用 tempname 產生一個暫存的 HTML 檔案，然後再將此檔案顯示在瀏覽器。nEx: writeHTML.mfilename = tempname, .html;fid = fopen(filename, w)

25、;fprintf(fid, n);fprintf(fid, This is a test homepage written by MATLAB!n);fprintf(fid, );fclose(fid);dos(start , filename);% 啟動和 .html 相連結的應用程式MATLAB 之工程應用40Resultn上例產生之網頁如下：n讓MATLAB 的計算結果可用列表（Table）或多媒體檔案（如影像、聲音、動畫等）來呈現時，由網頁來顯示這些結果是不錯的選擇。MATLAB 之工程應用41網路檔案的讀取nMATLAB 也可以直接讀取網路上的檔案n通常採用 URL（Universa

26、l Resource Locator）的方式來指定這些網路上的檔案：n一般網頁：nhttp:/nFTPnftp:/ 之工程應用42urlread n上例中使用 urlread 指令來讀取筆者在台大生機系的首頁n同時disp(); 將結果指定到字串變數 contentsnEx: urlread01.mcontents = urlread(.tw/cea/cea1.htm); disp(contents);MATLAB 之工程應用43urlwrite n urlwrite可以直接在讀取網頁後，就儲存到本機硬碟中nEx:urlread02.mte

27、mpFile = tempname, .html;% 指定暫存檔案urlwrite(http:/.tw, tempFile);% 將網頁內容寫到檔案dos(start , tempFile);% 開啟此檔案MATLAB 之工程應用44Urlwrite(cont)n在上例中，我們將 .tw 的網頁內容寫到一個暫存檔案n然後再使用瀏覽器開啟此檔案。n另一個和網路相關的功能 sendmailn可用來寄發電子郵件n雖然這個功能和檔案讀寫沒有直接關係，但也在此一併說明。MATLAB 之工程應用45sendmailnSendmail 指令的用法：nsendmail(TO, SUBJECT, MESSAGE

28、, ATTACHMENTS)nTO：收件者n若是只有一位收件者，可用字串表示n若是有多位收件者，可以使用字串異質陣列來表示。nSUBJECT：主題，以字串表示。nMESSAGE：電子郵件的內容，以字串表示。nATTACHMENTS：附加檔案，用異質陣列來表示。MATLAB 之工程應用46Ex: sendmail01.mn請將 to 的內容改為你自己本身的電子郵件，並試著執行一次，以確認此程式碼的正確性。to = email1aaa.bbb.ccc, email2aaa.bbb.ccc;subject = Test email from a MATLAB program;message = Th

29、is is a test email sent via sendmail.;attachment = c:windowsmatlab.ini;sendmail(to, subject, message, attachment);MATLAB 之工程應用47TipsnMATLAB 6.5 的sendmail 不支援中文。nMATLAB 7.0 對 sendmail 新增了一些新功能n請輸入 help sendmail 來獲取最新的線上支援。n若要在郵件內容加入換列，可以使用 ASCII 碼10n例如：message=Sir:, 10, This is a test。MATLAB 之工程應用48讀

30、取二進制資料n用fread 函數可從檔案中讀取二進制資料nfread會將每一個位元組看成一個整數，並將結果以一矩陣傳回。n例如，檔案 test2.txt 的內容如下：This is a test!MATLAB 之工程應用49Ex: fread01.mnResult:This is a test!nchar 可將 myData 的整數轉成 ASCII 字元n取 myData 的轉制是為了使印出的效果易於閱讀fid = fopen(test2.txt, r);myData = fread(fid);char(myData)% 驗證所讀入的資料是否正確fclose(fid);MATLAB 之工程應用

31、50Ex: fread02.mnfread 函數可用第二個輸入引數來控制傳回矩陣的大小fid = fopen(test2.txt, r);myData = fread(fid, 4)% 只讀 4 個位元組fclose(fid);myData = 84 104 105 115MATLAB 之工程應用51Ex: fread03.mnResult:myData = 84 105 32 104 115 105n此時 myData 為 2X3 的矩陣。np.s.上例中為長度4的向量fid = fopen(test2.txt, r);myData = fread(fid, 2 3)fclose(fid);

32、MATLAB 之工程應用52Fread的第3個引數n控制 fread 在將二進制資料轉成 MATLAB 矩陣時所用的精確度n包含：n一次讀取的位元數（Number of Bits）n這些位元數所代表的資料型態n常用的精準度有下列幾種：char：帶符號的字元（8 bits）uchar：不帶符號的字元（8 bits）short：短整數（16 bits）int：整數（通常是 32 bits）long：長整數（32 或 64 bits）ushort：不帶符號的短整數（16 bits）uint：不帶符號的整數（32 bits）ulong：不帶符號的長整數（32 或 64 bits）float：單精準浮點

33、數（32 bits）double：雙精準浮點數（64 bits）MATLAB 之工程應用53Ex: fread04.mnResult:myData = 26708myData2 = 26708fid = fopen(test2.txt, r);myData = fread(fid, 1, short)fclose(fid);myData2 = bin2dec(dec2bin(abs(h),8), dec2bin(abs(T),8)MATLAB 之工程應用54說明: fread04.mn上例將 text2.txt 以短整數的方式讀入n也就是以 16 bit 為一個單位來轉換成整數1.讀出來的第一

34、個數字，會等於將 h 和 T 轉換成 8 bit，再並排成 16 bits2.然後再轉換成十進位的整數值n要注意的是：n雖然原檔案的前兩個位元組是 T 和 h，但是在以 16 bits 為一個單位時nT 會是 LSB（Least Significant Bits）n而 h 則是 MSB（Most Significant Bits）n因此我們再重組成 16 bits 時，h 會在前而 T 會在後。MATLAB 之工程應用55寫入二進制檔案nfwrite 函數:n矩陣 - 二進制格式 - 寫入檔案n傳回成功寫入的個數。n以下用fwrite 產生一大小為 40 bytes 的二進制檔案n在使用 ty

35、pe 指令來顯示檔案內容時，看不到其內容n因為是 binary 檔案n如果 count 的值小於 10，就表示 fread 的運算有誤nEx: fwrite01.mfid = fopen(test.bin, w);count = fwrite(fid, randperm(10), int32);fclose(fid);type test.binMATLAB 之工程應用56控制檔案位置指標n檔案位置指標:n決定下一次進行資料讀取或寫入的位置。n控制此指標的函數如下：nfeof測試指標是否在檔案結束位置nfseek設定指標位置nftell取得指標位置nfrewind重設指標至檔案起始位置MATLAB 之工程應用57foefn測試指標是否在檔案結束位置nEx:feof01.mfid = fopen(test.txt);A = fscanf(fid, %g, 3 4)feof(fid)n在上例中，feof(fid) 傳回 1，表示檔案指標已經在檔案結束位置n因為 test.txt 只包含 10 個數目字。MATLAB 之工程應用58resultA