Matlab学习之文件操作

亦凉 2022-08-22 01:28 260阅读 0赞

MATLAB中有两种文件I/O程序：high level and low level.  
High level routines: 包括现成的函数，可以用来读写特殊格式的数据，并且只需要少量的编程。  
Low level routines: 可以更加灵活的完成相对特殊的任务，需要较多的额外编程。

High level routines 包括现成的函数，可以用来读写特殊格式的数据，并且只需要少量的编程。

举个例子，如果你有一个包含数值和字母的文本文件（text file）想导入MATLAB，你可以调用一些low level routines自己写一个函数，或者是简单的用TEXTREAD函数。

使用high level routines的关键是：文件必须是相似的（homogeneous），换句话说，文件必须有一致的格式。下面的段落描述一些high level file I/O routines并给出一些例子帮助理解概念。

# 文件输入输出函数 #

## LOAD/SAVE ##

主要的high level file I/O routines 是LOAD 和 SAVE函数。LOAD  
可以读MAT-file data或者用空格间隔的格式相似的ASCII data. SAVE可以将MATLAB变量写入MAT-file格式或者空格间隔的ASCII data。大多数情况下，语法相当简单。下面的例子用到数值由空格间隔的ASCII file sample\_file.txt ：

> 1 5 4 16 8  
> 5 43 2 6 8  
> 6 8 4 32 1  
> 90 7 8 7 6  
> 5 9 81 2 3

Example:  
用 LOAD and SAVE 读写数据

CODE:

% Load the file to the matrix, M :
    M = load('sample_file.txt') 
    
    % Add 5 to M :
    M = M +5 
    
    % Save M to a .mat file called 'sample_file_plus5.mat':
    save sample_file_plus5 M
    
    % Save M to an ASCII .txt file called 'sample_file_plus5.txt' :
    save sample_file_plus5.txt M -ascii

## UIGETFILE/UIPUTFILE ##

UIGETFILE/UIPUTFILE是基于图形用户界面（GUI）的。会弹出对话框，列出当前目录的文件和目录，提示你选择一个文件。UIGETFILE让你选择一个文件来写（类似Windows ‘另存为’选项？）。用UIGETFILE，可以选择已存在的文件改写，也可以输入新的文件名。两个函数的返回值是所选文件名和路径。

Example:  
用 UIGETFILE 从当前目录选择一个 M-file

CODE:

% This command lists all the M-files in the current directory and
    % returns the name and path of the selected file
    
    [fname,pname] = uigetfile('*.m','Sample Dialog Box')

注意: UIGETFILE 一次只能选择一个文件。

## UIIMPORT/IMPORTDATA ##

UIIMPORT是一个功能强大，易于使用的基于GUI的high level routine，用于读complex data files。文件也必须是homogeneous。

IMPORTDATA形成UIIMPORT的功能，不打开GUI。可以将IMPORTDATA用于函数或者脚本中，因为在函数或者脚本中基于GUI的文件导入机制并不理想。下面的例子用到包含几行文件头和文本、数值数据的文件’sample\_file2.txt’ ：

> This is a file header.  
> This is file is an example.  
> col1 col2 col3 col4  
> A 1 4 612.000  
> B 1 4 613.000  
> C 1 4 614.000  
> D 1 4 615.000

Example: Using IMPORTDATA to read in a file with headers, text, and numeric data

CODE:

% This reads in the file 'sample_file2.txt' and creates a
    % structure D that contains both data and text data.
    % Note the IMPORTDATA command specifies a white space 
    % as the delimiter of the file, but IMPORTDATA can usually 
    % detect this on its own 
    
    D = importdata('sample_file2.txt','')  % 原文有误？
    D = importdata('sample_file2.txt')

可以通过访问结构D的数据和文本域，来看结构D中的真实值，例如输入：

data = D.data

text = D.textdata

可以用UIIMPORT读同一个文件并得到同样的结构.

注意: 对于 ASCII data, 你必须检验导入向导正确的识别了列分隔符。

## TEXTREAD/STRREAD ##

TEXTREAD 是一个强大的动态high level routine，设计用来读ASCII格式的文本和/或数值数据文件。STRREAD除是从字符串而不是文件读以外，类似于TEXTREAD。

两个函数可以用许多参数来改变其具体的工作方式，他们返回读入指定输出的数据。他们有效的提供给你一个  
“两全其美”的方法，因为他们可以用一个命令读入混合的ASCII和数值数据（high level routines的做法），并且你可以改变他们以匹配你特定的应用（如同low level routines做到的）。例子：

CODE:  
Example 1: Using TEXTREAD to read in an entire file into a cell array

% This command reads in the file fft.m into the cell array, file 
    file = textread('fft.m','%s','delimiter','\n','whitespace','');

CODE:  
Example 2: Using STRREAD to read the words in a line

% This command uses the cell array created in Example 1 to 
    % read in each word of line 28 in 'file' to a cell array, words
    
    words = strread(file{
       28},'%s','delimiter','')

CODE:  
Example 3: Using TEXTREAD to read in text and numeric data from a file with headers

% This command skips the 2 header lines at the top of the file
    % and reads in each column to the 4 specified outputs
    
    [c1 c2 c3 c4] = textread('sample_file2.txt','%s %s %s %s','headerlines',2)

CODE:  
Example 4: Using TEXTREAD to read in specific rows of text and numeric data from a file

% This command reads in rows B and C of the file. The 'headerlines'
    % property is used to move down to the desired starting row and the 
    % read operation is performed 2 times 
    
    [c1 c2 c3 c4] = textread('sample_file2.txt',... 
    '%s %s %s %s',2,'headerlines',4)

CODE:  
Example 5: Using TEXTREAD to read in only the numeric data from a file containing text and numbers

% This command reads in only the numeric data in the file. The
    % 'headerlines' property is used to move down to the first row 
    % of interest and the first column of text is ignored with the 
    % '*'  operator 
    
    [c2 c3 c4] = textread('sample_file2.txt','%*s %d %d %f','headerlines',3)

## DLMREAD/DLMWRITE/CSVREAD ##

DLMREAD 和 DLMWRITE函数能够读写分隔的ASCII data，而不是用low level routines。他们比low level routines容易使用，Low level routines用几行代码实现的功能可以用DLMREAD/DLMWRITE简化成一行。

CSVREAD用来读分隔符是逗号的文件，是DLMREAD的特殊情况。当读空格和Tab分隔的电子数据表文件时，DLMREAD特别有用。以’sample\_file.txt’为例：

CODE:  
Example 1: Using DLMREAD to read in a file with headers, text, and numeric data

% This reads in the file 'sample_file2.txt' and creates a matrix, D,
    % with the numeric data this command specifies a white space as the
    % delimiter of the file 
    
    D = dlmread('sample_file.txt','')

CODE:  
Example 2: Using DLMREAD to extract the first 3 columns of the last 3 rows

% This reads in the first 3 columns of the last 3 rows of
    % the data file 'sample_file.txt'into the matrix, D_partial.
    % 读文件 'sample_file.txt' 前3列后3行，到矩阵D_partial.
    
    D_partial = dlmread('sample_file.txt','',[2 0 4 2])

CODE:  
Example 3: Using DLMWRITE to write a comma delimited file

% This creates a file called 'partialD.txt' that consists of 
    % the first 3 columns of the last 3 rows of data where each
    % element is separated by a comma 
    
    dlmwrite('partialD.txt',D_partial,',')

注意: 保证DLMREAD and DLMWRITE指定范围的指标从0开始，而不是从1开始。

WK1READ/WK1WRITE

WK1READ 用来读Lotus123 电子数据表文件的数据；WK1WRITE用来写矩阵到Lotus123 电子数据表文件。

XLSREAD

XLSREAD用来读Excel的数值和文本数据。

# 具体例子分析： #

Matlab网站用两个例子非常详尽地介绍了各个命令的基本用法，实际中，面对手头上的数据，如何选用合适的命令呢？以下结合几个示例给出一些总结，大家举一反三就可以了：

## 纯数据（列数相同）： ##

> 源文件：
> 
> CODE:  
> 0 3866.162 2198.938 141.140  
> 1 3741.139 2208.475 141.252  
> 2 3866.200 2198.936 141.156  
> 3 3678.048 2199.191 141.230  
> 4 3685.453 2213.726 141.261  
> 5 3728.769 2212.433 141.277  
> 6 3738.785 2214.381 141.256  
> 7 3728.759 2214.261 141.228  
> 8 3748.886 2214.299 141.243  
> 9 3748.935 2212.417 141.253  
> 10 3733.612 2226.653 141.236  
> 11 3733.583 2229.248 141.223  
> 12 3729.229 2229.118 141.186

解答：对于这个txt文件，由于各行列数相同，故简单地使用load,importdata均可。

## 字段名（中、英文字段均可）+数据： ##

> 源文件：
> 
> CODE:  
> CH0 CH1 CH2 CH3  
> 0.000123 0.000325 0.000378 0.000598  
> 0.000986 0.000256 0.000245 0.000698

解答：由于是记录的形式，因此各行列数必相同（缺少部分列时请自行在文件中补上 Inf 或 NaN），故直接使用 importdata 便可。

## 注释（含有独立的数字串）+数据（列数相同）： ##

问题：这个文件有4列,但前6行是文字说明,4列数字是从第8行开始的.现在我想把这个文件的前2列和文字说明提出来组成一个新的dat文件

> 源文件：
> 
> CODE:  
> Group 2 12.02.2006 Limei  
> Samples of datas: 50000
> 
> CH0 CH1 CH2 CH3  
> 0.000123 0.000325 0.000378 0.000598  
> 0.000986 0.000256 0.000245 0.000698
> 
> 目标文件：
> 
> CODE:  
> Group 2 12.02.2006 Limei  
> Samples of datas: 50000
> 
> CH0 CH1  
> 0.000123 0.000325  
> 0.000986 0.000256

解答：由于注释中含有独立的数字串，且注释部分没有明显的格式， 这时候用importdata, load等高级命令直接读取会失败，用 textread, dlmwrite 等格式化命令也不太合适，因此只能使用低级命令进行读取。（当然了，可以跳过注释部分直接用高级命令读取数据，即：\[a b c d\] = textread(filename,’%f %f %f %f’,’headerlines’,4); ）。一个简单的、非通用的包含注释的读取方法如下：  
CODE:

clc;clear;
    fid = fopen('exp.txt', 'r');
    fid_n=fopen('ex.dat','w');
    while ~feof(fid)
        tline=fgetl(fid);
        if ~isempty(tline)
            if double(tline(1))>=48 && double(tline(1))<=57  %数值开始
                a=strread(tline);
                a(3:4)=[];
                fprintf(fid_n,'%f %f\n',a);
                clear a;
            elseif double(tline(1))==67   %字母C开始
               [b1,b2,b3,b4]=strread(tline,'%s %s %s %s');
               b=[b1{
       1},' ',b2{
       1}];
                fprintf(fid_n,'%s\n',b);
                clear b b1 b2 b3 b4;
            else
                fprintf(fid_n,'%s\n',tline);
            end
        else
            fprintf(fid_n,'%s\n',tline);
        end
    end
    fclose(fid);
    fclose(fid_n);

## 注释（不含独立的数字串）+数据（列数相同）： ##

> 源文件：
> 
> CODE:  
> 你好 abc  
> 欢迎来到 我们  
> 振动论坛  
> vib.hit.edu.cn  
> 1 11 111 1111  
> 2 22 222 2222  
> 3 33 333 3333  
> 4 44 444 4444  
> 5 55 555 5555

解答：直接用 importdata 便可

注：有时候注释中含有独立的数字串也可以 importdata 成功，不过得到的结果有可能不正确，建议这时候使用第3种情形的读取方式。

## 注释与数据混排： ##

对此当然只能自己编程，举例：

> 源文件：
> 
> CODE:  
> 1 11 111 1111  
> 你好  
> 2 22 222 2222  
> 欢迎来到  
> 3 33 333 3333  
> 振动论坛  
> 4 44 444 4444  
> vib.hit.edu.cn  
> 5 55 555 5555

解答：  
CODE:

function [data]=distilldata(infile)
    %功能说明：
    %将保存数据的原始文件中的数值数据读入到一个data变量中
    %使用说明：
    % infile——原始数据文件名;
    % data=数据变量
    
    tmpfile='tmp2.mat';
    
    fidin=fopen(infile,'r'); % 打开原始数据文件（.list）
    
    fidtmp=fopen(tmpfile,'w'); % 创建保存数据文件（不含说明文字）
    
    while ~feof(fidin) % 判断是否为文件末尾
      tline=fgetl(fidin); % 从文件读入一行文本（不含回车键）
      if ~isempty(tline) % 判断是否空行
        [m,n]=size(tline);
        flag=1;
        for i=1:n %判断一行中有没有字符（＋－.Ee和空格键除外）
          if ~(tline(i)==' '|tline(i)=='-'|tline(i)=='.'|tline(i)=='E'...
              |tline(i)=='e'|tline(i)=='+'...
              |(double(tline(i))>=48&&double(tline(i))<=57))
            flag=0;
            break;
          end
        end
        if flag==1 % 如果是数字行，把此行数据写入文件
          fprintf(fidtmp,'%s\n',tline);
        end
      end
    end
    
    fclose(fidin);
    
    fclose(fidtmp);
    
    data=textread(tmpfile);
    
    delete(tmpfile);

另外，如果要求不高，也可以使用 textread 函数跳过注释部分进行读取，不过前提是需要事先知道文件内容的结构（即哪行是数据、哪行是注释）

## 各列数据的分离： ##

源文件：

CODE:
               0 +  47038.7   1.05  09:26:07  C
               2 +  46477.7   1.03  09:28:38  C  
               4 +  44865.7   1.04  09:28:48  C  
               6 +  41786.4   1.03  09:28:56  C  
               8 +  39896.0   0.97  09:29:03  C  
              10 +  37518.4   0.93  09:29:15  C  
              12 +  35858.5   0.92  09:29:30  C  
              14 +  46105.0   1.03  09:30:21  C  
              16 +  46168.6   6.89  09:30:30  C  
              18 +  48672.3   4.33  09:30:40  C  
              20 +  49565.7   0.49  09:30:48  C  
              22 +  49580.7   0.53  09:30:55  C  
              24 +  49602.3   0.84  09:31:03  C  
              26 +  49582.5   1.51  09:31:11  C  
              28 +  49577.0   1.39  09:31:19  C  
              30 +  49589.3   0.61  09:31:27  C  
              32 +  49578.3   1.06  09:31:29  C  
              34 +  49512.5   1.77  09:31:38  C

解答：直接用 \[a,b,c,d,e,f\]=textread(yourfilename,’%d %c %f %f %s %c’); 便可

# 注意事项： #

1.  请在 matlab 中保持当前路径在该数据文件对应的目录下进行存取，否则，存取时请给出该数据文件的具体路径。
2.  存取时，请给出该数据文件的全称（包括后缀名，读取mat文件时可省略）
3.  load data.txt和A=load(‘data.txt’)的区别请参阅精华贴：
4.  请根据读写需要来打开文件，即根据你的需要来指定 fopen 的 permission 属性为读或写。如果只用 a 进行写入，就不能用 fread 读取。此时应该写完关闭文件，然后用 r 打开读取，或者直接用 a+ 进行同时读写操作。否则，会产生莫名其妙的问题！以下代码是一个错误的例子：

CODE:

filename='e.dat';
    fid=fopen(filename,'a');
    if fid<0
        error('fopen error');
    end
    s=[1 2 3 4;5 6 7 8];
    fwrite(fid,s,'float32')
    [dd ll]=fread(fid,inf,'float32');％把t中的数据全部读出，即s矩阵。
    fclose(fid);

此时得到的dd, ll 是错误且无意义的！

# 其他相关问题： #

## 连续读取多个文件的数据，并存放在一个矩阵中： ##

### 如何读取文件名： ###

方法一：  
filename=dir(‘\*.jpg’);  
那么第i个文件的文件名就可以表示为  
filename(i).name  
文件数量为：length(filename)

方法二：  
先在Windows的 MSDOS（命令行）中使用以下命令生成一个list.txt文件：

dir path\\folder /on /b /s > path\\list.txt

举例：dir d:\\test /on /b /s > d:\\list.txt

然后在 matlab 中使用：

filename = textread(sFileFullName,’%s’);

把所有文件名读取到list细胞矩阵中，最后对filename\{i\}便可得到各文件名。

### 读取文件名的数据并存储 ###

假设每个文件对应的数据是m\*n的，则：

CODE:

k = length(filename);
    
    Data = zeros(m,n,k);
    
    for ii = 1:k
      Data(:,:,ii) = yourreadstyle(filename{ii}); %yourreadstyle是对应的文件读取方式的函数
    end

## 连续读取多个文件的数据，并存放在多个矩阵（以文件名命名）中： ##

假设每个文件对应的数据是m\*n的，则以上述第二种文件名读取方法为例：

CODE:

k = length(filename);
    for ii = 1:k
      D = yourreadstyle(filename{ii});
    eval([‘Data_’, num2str(ii), ‘ = D;’]);
    end

## 文件名命名问题： ##

文件名为 abc00001,abc00002,… abc00009,abc00010,… abc00099,abc00100,…abc00879. 准备把这些文件名给放到一个数组里面去。

解答：

CODE:

a=cell(879,1);
    for k=1:879
         a{k} = sprintf('%.5d',k);
    end

## 各种文件格式、类型自动识别问题： ##

可以利用正则表达式来处理，使之通用性较强。例如使用以下代码可以自动处理上面提到了例1到例5各种情形，不过由于存在自动判断，对某些例子（如例1）效率自然要低一点，而对于另外的例子（如例3、例5）效率估计要高一点（少用了一个循环）。

CODE:

function [data]=distilldata_eight(infile)
    %功能说明：
    %将保存数据的原始文件中的数值数据读入到一个data变量中（自动判断数据行）
    %使用说明：
    % infile——原始数据文件名;
    % data=数据变量
    
    tmpfile='tmp2.mat';
    
    fidin=fopen(infile,'r'); % 打开原始数据文件（.list）
    
    fidtmp=fopen(tmpfile,'w'); % 创建保存数据文件（不含说明文字）
    
    while ~feof(fidin) % 判断是否为文件末尾
      tline=fgetl(fidin); % 从文件读入一行文本（不含回车键）
      if ~isempty(tline) % 判断是否空行
        str = '[^0-9 | \. | \- | \s | e | E]'; %正则表达式为：该行中是否包含除 - . E e 数字 和 空白字符 外的其他字符
        start = regexp(tline,str, 'once');
        if isempty(start)
          fprintf(fidtmp,'%s\n',tline);
        end
      end
    end
    
    fclose(fidin);
    
    fclose(fidtmp);
    
    data=textread(tmpfile);
    
    delete(tmpfile)

## 大量数据的读取问题： ##

可以考虑使用循环分批读取（特别是在各数据是独立的时候），或者使用稀疏矩阵来实现。另外，也可参考《深入浅出MATLAB 7\_X混合编程》一书第一章

## 读取整个txt文件的内容（获得文件中的所有字符）： ##

CODE:

f = fopen('yourfilename.txt','rt'); % t 属性根据需要可省略
    x = fread(f,'*char');
    fclose(f);

## 把维数不同的矩阵及其变量名保存到一个 txt 文件中 ##

例如 a1 = 123; a2 = \[1 2 3;4 5 6\] ，希望得到的 txt 文件如下：

> QUOTE:
> 
> a1：  
> 123  
> a2：  
> 1 2 3  
> 4 5 6

如果写入的时候简单一点，则可以采用以下方式，不过读取的时候比较麻烦：

CODE:

a1=123;
    a2=[1 2 3;4 5 6];
    fid = fopen('myfile.txt', 'wt');
    for i=1:2
        fprintf(fid, '%s: \n %s\n', ['a',int2str(i)], mat2str(eval(['a',int2str(i)])));
    end
    fclose(fid);

相反，如果写入的时候复杂一点，则读取的时候会简单一点：

CODE:

a1=123;
    a2=[1 2 3;4 5 6];
    fid = fopen('myfile.txt', 'wt');
    for i=1:2
        fprintf(fid, '%s: \n', ['a',int2str(i)]); 
        b = eval(['a',int2str(i)]);
        fprintf(fid, [repmat('%d ', 1, size(b,2)), '\n'], b');
    end