MATLAB 程式設計入門篇檔案讀寫

MATLAB 程式設計入門篇檔案讀寫

張智星 (Roger Jang)[email protected]

http://mirlab.org/jang清大資工系多媒體檢索實驗室

MATLAB 程式設計入門篇：讀寫檔案

本章重點很多計算工作的第一步就要是讀取資料 MATLAB 內建許多有關檔案讀寫的函數，可對二進制檔案或 ASCII 檔案進行下列處理：開啟關閉儲存


高階的檔案讀寫指令（ 1/2 ）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 workspace load, save

CSV - Comma separated numbers csvread, csvwrite

DAT - Formatted text Importdata

DLM - Delimited textdlmread, dlmwrite

TAB - Tab separated text

試算表XLS - Excel worksheet Xlsread

WK1 - Lotus 123 worksheet wk1read, wk1write


高階的檔案讀寫指令（ 2/2 ）

類別支援檔案格式指令

科學資料

CDF - Common Data FormatFITS - Flexible

cdfread, cdfwrite

Image Transport System Fitsread

HDF - Hierarchical Data Format hdfread, hdfwrite

電影 AVI - Movie aviread

影像TIFF, PNG, HDF, BMP, JPEG, GIF, PCX, XWD, CUR, ICO, RAS, PBM,

PGM, PPMimread, imwrite

音訊AU, SND - NeXT/Sun sound auread, auwrite

WAV - Microsoft Wave sound wavread, wavwrite


csvread 使用 csvread 指令來讀取條件 :

資料檔案是由逗號分開只有包含數值資料

Ex:csvread01.m

fprintf('data.csv 的內容： \n');

type data.csv % 列出 data.csv 的內容

A = csvread('data.csv') % 將 data.csv 的內容讀到矩陣 A


執行結果data.csv 的內容：

1, 2, 34, 56, 7, 8, 9

A =1 2 3 04 5 0 06 7 8 9

csvread 會傳回一個數值矩陣其中缺席的資料將以 0 填入。


dlmread 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

Ex:dlmread01.m

fprintf('data.dlm 的內容： \n');

type data.dlm % 列出 data.dlm 的內容

A = dlmread(‘data.dlm’, ‘\t’) % 將 data.dlm 的內容讀到矩陣 A ，資料是以定位鍵隔開，


執行結果data.dlm 的內容：

1 2 34 56 7 8 9

A =1 2 3 04 5 0 06 7 8 9

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


textread

如果檔案資料包含數值及字串，我們就必須改用 textread 指令

Ex:textread01.m

fprintf('data.txt 的內容： \n');type data.txt % 列出 data.txt 的內容[name, hobby, age] = textread('data.txt', '%s%s%d')


執行結果data.txt 的內容：Timmy OnlineGames

13Annie Chatrooms 10Roger Tennis 41name = 'Timmy‘ 'Annie' 'Roger'hobby = 'OnlineGames' 'Chatrooms' 'Tennis'age = 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）textread 可在第二個引數指定資料型態

例如上例中 %s 代表字串，%d 代表整數

也同時將讀入的資料設定到不同的輸出引數

由於資料型態的不同，輸出引數也有不同的型態

以上述範例來說， name 和 hobby 都是字串異值陣列，而 age 則是數值陣列。


使用定位鍵來分隔欄位上例中，我們利用空格來分隔欄位如果欄位值本身也有空格 ?

一般常見的作法，是使用定位鍵來分隔欄位 Ex:textread02.m

fprintf('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')


執行結果結果與前一例相同 textread 指令中加上對分界字元

（ Delimiters ）的定義，就可以讀出由定位鍵所分隔的資料檔案

若不指定時，預設為空白鍵


讀取文字檔 textread 也可以讀取一個文字檔，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

Ex:textread03.mContents = textread('textread03.m','%s','delimiter','\n','whitespace','');

class(contents) % 印出 contents 的資料類別

contents{1} % 列出 contents 第一列

contents{2} % 列出 contents 第二列


執行結果ans =

cellans =

contents=textread('textread03.m','%s','delimiter','\n','whitespace','');

ans =class(contents) % 印出 contents 的資料類別

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。

textread 指令的用法還有很多，功能也很強大在 MATLAB 下輸入「 help textread 」，可以得到完整的技術支援。


Fileread 若只是要簡單地將一個檔案的內容送到一個字串，可以使用 fileread 指令

Ex: 範例 16-6 ： fileread01.m

out = fileread(‘data2.txt’);class(out)size(out)


執行結果ans =

charans =

1 64

上例中， fileread 指令會將檔案 data2.txt 的內容送到字串變數 out class(out) 的值是 char ，顯示 out 的資料型態是字串

size(out) 顯示字串 out 的長度是 64 。


影像與音訊檔案有關於影像檔案的讀寫，請參閱本書第十九章「影像顯示與讀寫」；

有關音訊檔案的讀寫，請參閱本書第二十章「音訊讀寫、錄製與播放」。


更繁複的文字檔案格式

一般情況下盡量採取先前介紹的內建指令來進行讀寫，效率才會高。

資料格式比較繁複時需要一列一列讀進來，再進行剖析（ Parsing ）相關指令將在以下介紹。


開啟檔案無論讀寫 ASCII 或二進制檔案，都必需先用 fopen 函數來開啟檔案，語法如：

fid = fopen(filename, permission) 其中 filename 表示欲讀寫的檔案名稱 permission 則表示欲對檔案進行的處理方式，可以是下列任一字串：

l ‘r’：只准讀取（ reading ）檔案 l ‘w’：只准寫入（ writing ）檔案 l ‘a’：只准加入（ appending ）檔案 l 'a+' ：可讀取及加入檔案（ reading and

appending ）

省略第二個引數， permission 的預設值就是 ‘ r’。


有關 fopen 在 windows 下， permission 字串必需能夠分辨 binary 或 ASCII 檔案。例如 : 若要讀 binary 檔案，則 permission 字串必需是“ rb”

fopen 另外支援很多 permission 字串，可輸入「 help fopen 」得到完整的資訊。

fopen 函數傳回一個檔案辨識碼（通常是個大於 2 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。


Ex:fopen01.m

上例可知當檔案不存在時，回傳的 fid 是 – 1 同時 message 會包含相關的錯誤資訊。

[fid, message] = fopen('no_such_file', 'r');

fprintf('fid = %d\n', fid);

fprintf('message = %s\n', message);

fid = -1

message = Sorry. No help in figuring out the problem . . .


Ex:fopen02.m 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 = %d\n', fid);fprintf('message = %s\n', message);fid = 3message =


提示為了安全起見，最好在每次使用 fopen 時，都測試其傳回的 fid 是否為有效值。

輸出位置 MATLAB 使用 fid=1 來代表「標準輸出

（ Standard Output ） fid=2 代表「標準錯誤輸出」（ Standard Error ）若使用 fid=1 或 2 時，可不使用 fopen 來開啟檔案 Try this to see their difference:

fprintf(1, 'This is standard output!\n'); fprintf(2, 'This is standard error!\n');


關閉檔案完成檔案的讀寫之後，記得要使用 fclose 函數來關閉檔案，用法如下： status = fclose(fid);

若一切順利， fclose 傳回 0 。若無法順利關閉檔案，則 fclose 傳回 -1 。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


提示若要一次關閉所有開啟的檔案，可用

fclose('all') 或是 fclose all 。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。


讀取 ASCII 檔案（ 1/2 ） fgetl 函數 :

可將 ASCII 檔案的內容中的某一列讀出並將該列的 ASCII 內容以轉成字串傳回。 Ex:fgetl01.m

fid = fopen('mean.m', 'r');

while feof(fid)==0 % feof 測試檔案指標是否已到達結束位置

line = fgetl(fid);

disp(line);

end


讀取 ASCII 檔案（ 2/2 ）執行上述程式後， MATLAB 會…

先在目前目錄找尋 mean.m 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。

輸入「 which mean 」可顯示檔案所在的路徑 fgets 和 fgetl 均可由檔案讀取一列資料：

fgetl 會取得一列，但不包含換列字元 fgets 則保留換列字元


應用 :模擬 unix 的 grep 指令 grep : 用來找出包含某一特定字串的一列

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;

end

fclose(fid);


執行結果如欲列出 grep.m 中包含 'matched' 字串的每一列，可輸入如下：

>> grep('grep.m', 'matched') 6: matched = findstr(line, pattern); 7: if ~isempty (matched)

若要進行更複雜的字串比對，請參考本書姊妹作「 MATLAB 程式設計：進階篇」中的第四章「通用運算式」。例如要在一個檔案中找出「 b 和 d 中間夾 1至 3 個母音」的英文字


fscanf 函數 fscanf 可對 ascii 檔案作更精確的讀取，用法如下：

matrix = fscanf(fid, format) 其中 fid 是欲讀取之檔案的辨識碼 format 是格式指定字串（ Format

Specifier ）常用的格式指定字串有下列幾種：

%s ：字串 %d ： 10 進位的整數 %g ：雙倍精準（ Double-precision ）的浮點數

其他各種格式指定字串可輸入 help fscanf 來得到詳細的說明


Ex:fscanf01.m 有一文字檔 test.txt 如下 :

1 4 9 16 2536 49 64 81 100

欲使用 fscanf 指令讀取其內容，可輸入如下：

fid = fopen('test.txt', 'r');

myData = fscanf(fid, '%g');

fclose(fid);

myData % 顯示 myData


執行結果myData =

1

4

9

16

25

36

49

64

81

100

上例顯示了 MATLAB 的 fscanf 指令和 C 的 fscanf 指令的最大不同：

MATLAB 的 fscanf 指令是向量化的（ Vectorized ）只要讀入資料的型態正確， MATLAB 的 fscanf 指令會一再執行同時把所得結果存放於一個向量並回傳。


sscanf sscanf 函數和 fscanf 的功能很類似 sscanf 函數從字串（ Strings ）中讀取資料 ex ： sscanf01.m

str = num2str([pi, sqrt(2), log10(3)]) % 建立一字串str

retrieved = sscanf(str, '%g') % 擷取 str 中的double

str =

3.1416 1.4142 0.47712

retrieved =

3.1416

1.4142

0.4771


寫入 ASCII 檔案 fprintf 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： fprintf(fid, format, y)

其中 fid 是欲寫入之檔案的辨識碼 format 是格式指定字串，用以指定資料寫至檔案的格式 y 是 MATLAB 的資料變數常用的格式指定字串有下列幾種：

%e ：科學記號，即將數值表示成 a×10b 的形式 %f ：固定欄寬（含整數與小數部份）的表示法 %g ：自動選取 %e 或 %f

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。


應用 : 將平方根表寫入檔案 Ex:fprintf01.m

x = 1:10;

y = [x; sqrt(x)];

fid = fopen('squareRootTable.txt', 'w');

fprintf(fid, 'Table of square root:\r\n');

fprintf(fid, '%2.0f => %10.6f\r\n', y);

fclose(fid);

dos('start squareRootTable.txt'); % 開啟 squareRootTable.txt


執行結果在上例中…

%2.0f 印出的總欄寬為 2 ，且不帶小數 %10.6f 印出的總欄寬為 10 ，包含 6 位的小數請自行試驗後開啟 squareRootTable.txt 來驗證

squareRootTable.txt


sprintf sprintf 函數和 fprintf 函數的功能很類似 sprintf 將資料以字串形式傳回 Ex:

>> str = sprintf('log(%f) = %e\n', 2, log(2))str =

log(2.000000) = 6.931472e-001


暫存目錄某些應用需要用到暫存目錄及暫存檔案。（例如：產生一個 html 檔案，再使用瀏覽器開啟。）

欲取用系統的暫存目錄，可用 tempdir 如下：>> directory = tempdir

Result:directory =C:\Users\jang\AppData\Local\Temp\


暫存檔案欲開啟一暫存檔案，可用 tempname ，如下：>> filename = tempname Result:

filename = C:\Users\jang\AppData\Local\Temp\tpda998b2b_cb6f_4b68_9814_6dbab1d44abd


提示上述範例是在 Windows 7 進行測試不同系統下 tempdir 和 tempname 會依作業系統的環境變數而產生不同的回傳字串

若是在 Windows 98 作業系統下 tempdir 傳回的字串可能是

’C:\windows\temp\’ tempname 傳回的字串可能是

’C:\WINDOWS\TEMP\tp512124’。

MATLAB 程式設計入門篇：讀寫檔案應用 :產生暫存的 HTML 檔案

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。

Ex: writeHTML.m

filename = [tempname, '.html'];

fid = fopen(filename, 'w');

fprintf(fid, '<html><body>\n');

fprintf(fid, 'This is a test homepage written by MATLAB!\n');

fprintf(fid, '</body></html>');

fclose(fid);

dos(['start ', filename]); % 啟動和 .html 相連結的應用程式


執行結果上例產生之網頁如下：

當 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。


網路檔案的讀取 MATLAB 也可以直接讀取網路上的檔案通常我們是採用 URL （ Universal

Resource Locator ）的方式來指定這些網路上的檔案：一般網頁：

http://www.mathworks.com FTP

ftp://ftp.mathworks.com/pub/pentium/Moler_1.txt

本機硬碟檔案： file:///C:\winnt\matlab.ini


urlread

上例中使用 urlread 指令來讀取筆者在清華大學資訊系的首頁，同時將結果指定到字串變數 contents

Ex: urlread01.m

contents = urlread('http://www.cs.nthu.edu.tw/~jang'); disp(contents);


執行結果<HTML><HEAD><META http-equiv="Refresh"

content="0; URL=http://neural.cs.nthu.edu.tw/jang"></HEAD>

<BODY>The link you just clicked is obsolete.<br>You are being transported automatically to Roger Jang's current

homepage at<a href="http://neural.cs.nthu.edu.tw/jang"> http://neural.cs.nthu.edu.tw/jang</a>.</BODY></HTML>


urlwrite 指令（ 1/2 ） urlwrite 指令可以直接在讀取網頁後，就儲存到本機硬碟中

Ex:urlread02.m

tempFile = [tempname, '.html']; % 指定暫存檔案

urlwrite('http://www.google.com.tw', tempFile); % 將網頁內容寫到檔案

dos(['start ', tempFile]); % 開啟此檔案


urlwrite 指令（ 2/2 ）在上例中，我們將 www.google.com.tw 的網頁內容寫到一個暫存檔案，然後再使用瀏覽器開啟此檔案。

另一個和網路相關的功能 – sendmail 可用來寄發電子郵件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。


sendmail 指令 sendmail 指令的用法： sendmail(to, subject, message,

attachment) to ：收件者

若是只有一位收件者，可用字串表示若是有多位收件者，可以使用字串異質陣列來表示。

subject ：主題，以字串表示。 message ：電子郵件的內容，以字串表示。 attachment ：附加檔案，用異質陣列來表示。


Ex:sendmail01.m

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 = {'[email protected]', '[email protected]'};

subject = 'Test email from a MATLAB program';

message = 'This is a test email sent via sendmail.';

attachment = {'c:\windows\matlab.ini'};

sendmail(to, subject, message, attachment);


提示可能還需要先使用 setpref來設定 smtp server及發信人等。（MATLAB 會有提示文字。）

以上範例純粹以 MATLAB 6.5 為主根據筆者在 MATLAB 6.5 的測試， sendmail 目前還不支援中文。

而 MATLAB 7.0 對 sendmail 新增了一些新功能，請輸入 help sendmail 來獲取最新的線上支援。

若要在郵件內容加入換列，可以使用 ASCII 碼「 10 」例如：message=[’Sir:’, 10, ‘This is a test’] 。


讀取二進制資料用 fread 函數可從檔案中讀取二進制資料 fread 會將每一個位元組看成一個整數，並將結果以一矩陣傳回。

例如，檔案 test2.txt 的內容如下：

This is a test!


Ex:fread01.m

Result:This is a test!

char 可將 myData 的整數轉成 ASCII 字元取 myData 的轉置是為了印出橫列，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);


Ex:fread02.m fread 函數可用第二個輸入引數來控制傳回矩陣的大小


myData = fread(fid, 4) % 只讀 4 個位元組

fclose(fid);

myData =

84

104

105

115


Ex:fread03.m

Result:myData = 84 105 32 104 115 105

此時 myData 為 2X3 的矩陣。


myData = fread(fid, [2 3])

fclose(fid);


Fread 的第 3 個引數控制 fread 在將二進制資料轉成 MATLAB 矩陣時所用的精確度

包含：一次讀取的位元數（ Number of Bits ）這些位元數所代表的資料型態

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 ：單精準浮點數（ 32 bits ）

double ：雙精準浮點數（ 64 bits ）


Ex:fread04.m

Result:myData = 26708myData2 = 26708


myData = fread(fid, 1, 'short')

fclose(fid);

myData2 = bin2dec([dec2bin(abs('h'),8), dec2bin(abs('T'),8)])


說明： fread04.m 上例將 text2.txt 以短整數的方式讀入

也就是以 16 bit 為一個單位來轉換成整數1. 讀出來的第一個數字，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

要注意的是：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… 'T' 會是 LSB （ Least Significant Bits ）而 'h' 則是 MSB （ Most Significant Bits ）

因此我們再重組成 16 bits 時，‘ h’ 會在前而 ‘ T’ 會在後 The byte order is Little Endian!


寫入二進制檔案 fwrite 函數 :

矩陣 -> 二進制格式 -> 寫入檔案傳回成功寫入的個數。

以下用 fwrite 產生一大小為 40 bytes 的二進制檔案在使用 type 指令來顯示檔案內容時，看不到其內容

因為是 binary 檔案如果 count 的值小於 10 ，就表示 fread 的運算有誤 Ex: fwrite01.m

fid = fopen('test.bin', 'w');

count = fwrite(fid, randperm(10), 'int32');

fclose(fid);

type test.bin


控制檔案位置指標

檔案位置指標 : 決定下一次進行資料讀取或寫入的位置。控制此指標的函數如下：

feof 測試指標是否在檔案結束位置 fseek 設定指標位置 ftell 取得指標位置 frewind 重設指標至檔案起始位置


foef 測試指標是否在檔案結束位置 Ex:feof01.m

fid = fopen('test.txt');

A = fscanf(fid, '%g', [3 4])

feof(fid)

在上例中， feof(fid) 傳回 1 ，表示檔案指標已經在檔案結束位置

因為 test.txt 只包含 10 個數目字。


執行結果A =

1 16 49 100

4 25 64 0

9 36 81 0

ans =

1


frewind 從 test.txt 的起始位置讀出資料

用 frewind 來重設指標的位置：>> frewind(fid); >> A = fscanf(fid, '%g', 5) Result:

A = 1 4 9 16 25


fseek 用於設定指標位置，其格式如下 status = fseek(fid, offset, origin)

其中 fid 是檔案識別碼 offset 是偏移量（以 byte 為單位，可以是正數或負數）

origin 代表基準點，可包含下列字串： 'cof' ：指標的現在位置（ Corrent position of

File ） 'bof' ：檔案的起始位置（ Beginning of File ） 'eof' ：檔案的結束位置（ End of File ）


ftell 傳回現在的指標位置 Ex:ftell01.m

fid = fopen('test.bin', 'w');

count = fwrite(fid, randperm(10), 'int32');

ftell(fid)

ans =

40

40 代表指標已在檔案結束位置。


再移動一次指標位置欲將指標向前移動 10 bytes ，可輸入如下：>> fseek(fid, -10, 'cof');>> ftell(fid) Result:

ans = 30

此代表指標的新位置是 30 。


本章指令彙整高階的文字檔案讀寫

csvread/csvwrite 讀寫以逗點分界欄位的數值資料檔案

dlmreadd/lmwrite 讀寫以特定字元來當分界欄位的數值資料檔案

textread 讀入固定欄位的文字資料檔

開檔 / 關檔 fopen

開啟檔案 fclose

關閉檔案


本章指令彙整 (cont) 二進制資料

fread 從檔案讀取二進制資料

fwrite 將二進制資料寫入檔案

格式化資料 fscanf

從檔案讀取格式化資料 fprintf

將格式化資料寫入檔案 fgetl

從檔案讀取一列資料，但捨去換行字元 fgets

從檔案讀取一列資料，但保留換行字元


本章指令彙整 (cont) 字串

sprintf 將格式化資料寫至字串

sscanf 從字串讀取格式化資料

檔案位置控制 ferror

檔案輸入 / 輸出的錯誤狀態 feof

測試是否已到檔案結束位置 fseek

設定檔案定位器


本章指令彙整 (cont) ftell

讀取檔案定位器 frewind

回轉檔案定位器暫存檔案 /目錄

tempdir 取得暫存目錄的名字

tempname 取得暫存檔案的名字

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MATLAB 程式設計入門篇 檔案讀寫

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