MATLAB - это высокопроизводительный язык для технических расчетов. Он включает в себя вычисления, визуализацию и программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической. Типичное использование MATLAB - это:
математические вычисления
создание алгоритмов
моделирование
анализ данных, исследования и визуализация
научная и инженерная графика
разработка приложений, включая создание графического интерфейса
MATLAB - это интерактивная система, в которой основным элементом данных является массив. Это позволяет решать различные задачи, связанные с техническими вычислениями, особенно в которых используются матрицы и вектора.
В MATLAB важная роль отводится специализированным группам программ, называемых toolboxes. Они очень важны для большинства пользователей MATLAB, так как позволяют изучать и применять специализированные методы. Toolboxes - это всесторонняя коллекция функций MATLAB (М-файлов), которые позволяют решать частные классы задач. Toolboxes применяются для обработки сигналов, систем контроля, нейронных сетей, моделирования и т.д.
Система MATLAB
Система MATLAB состоит из пяти основных частей:
Язык MATLAB . Это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования. Это позволяет как программировать в "небольшом масштабе" для быстрого создания черновых программ, так и в "большом" для создания больших и сложных приложений.
Среда MATLAB . Это набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь или программист MATLAB. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве MATLAB, вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложении MATLAB.
Управляемая графика. Это графическая система MATLAB, которая включает в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Она также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики, также как при создании Графического Пользовательского Интерфейса (GUI) для MATLAB приложений.
Библиотека математических функций. Это обширная коллекция вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье.
Программный интерфейс. Это библиотека, которая позволяет писать программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB. Она включает средства для вызова программ из MATLAB (динамическая связь), вызывая MATLAB как вычислительный инструмент и для чтения-записи МАТ-файлов.
Пакеты расширения Matlab.
Вывод списка пакетов расширения
Полный состав системы MATLAB содержит ряд компонентов, название, номер версии и дату создания которых можно вывести на просмотр командой ver:
Simulink for Windows
Пакет расширения Simulink служит для имитационного моделирования моделей, состоящих из графических блоков с заданными свойствами (параметрами).
Компоненты моделей, в свою очередь, являются графическими блоками и моделями, которые содержатся в ряде библиотек и с помощью мыши могут переноситься в основное окно и соединяться друг с другом необходимыми связями. В состав моделей могут включаться источники сигналов различного вида, виртуальные регистрирующие приборы, графические средства анимации.
Real Time Windows Target и Workshop
Подключающаяся к Simulink мощная подсистема имитационного моделирования в реальном масштабе времени (при наличии дополнительных аппаратных средств в виде плат расширения компьютера), представленная пакетами расширения Real Time Windows Target и Workshop, - мощное средство управления реальными объектами и системами.
Report Generator для MATLAB и Simulink
Генераторы отчетов дает информацию о работе системы MATLAB и пакета расширения Simulink. Это средство очень полезно при отладке сложных вычислительных алгоритмов или при моделировании сложных систем. Генераторы отчетов запускаются командой Report. Отчеты могут быть представлены в виде программ и редактироваться.
Neural Networks Toolbox
Пакет прикладных программ, содержащих средства для построения нейронных сетей, базирующихся на поведении математического аналога нейрона. Пакет обеспечивает эффективную поддержку проектирования, обучения и моделирования множества известных сетевых парадигм, от базовых моделей персептрона до самых современных ассоциативных и самоорганизующихся сетей.
Пакет может быть использован для исследования и применения нейронных сетей к таким задачам, как обработка сигналов, нелинейное управление и финансовое моделирование.
Fuzzy Logic Toolbox
Пакет прикладных программ Fuzzy Logic относится к теории нечетких (размытых) множеств. Обеспечивается поддержка современных методов нечеткой кластеризации и адаптивных нечетких нейронных сетей. Графические средства пакета позволяют интерактивно отслеживать особенности поведения системы.
Symbolic Math Toolbox
Пакет прикладных программ, дающих системе MATLAB принципиально новые возможности - возможности решения задач в символьном (аналитическом) виде, включая реализацию точной арифметики произвольной разрядности. Пакет базируется на применении ядра символьной математики одной из самых мощных систем компьютерной алгебры - Maple V R4. Обеспечивает выполнение символьного дифференцирования и интегрирования, вычисление сумм и произведений, разложение в ряды Тейлора и Маклорена, операции со степенными многочленами (полиномами), вычисление корней полиномов, решение в аналитическом виде нелинейных уравнений, всевозможные символьные преобразования, подстановки и многое другое.
Пакеты математических вычислений
В MATLAB входит множество пакетов расширения, усиливающих математические возможности системы, повышающих скорость, эффективность и точность вычислений.
NAG Foundation Toolbox
Одна из самых мощных библиотек математических функций. Пакет содержит сотни новых функций.
Spline Toolbox
Пакет прикладных программ для работы со сплайнами. Поддерживает одномерную, двумерную и многомерную сплайн-интерполяцию и аппроксимацию. Обеспечивает представление и отображение сложных данных и поддержку графики.
Statistics Toolbox
Пакет прикладных программ по статистике, резко расширяющий возможности системы MATLAB в области реализации статистических вычислений и статистической обработки данных. Содержит весьма представительный набор средств генерации случайных чисел, векторов, матриц и массивов с различными законами распределения, а также множество статистических функций.
Optimization Toolbox
Пакет прикладных задач- для решения оптимизационных задач и систем нелинейных уравнений. Поддерживает основные методы оптимизации функций ряда переменных.
Partial Differential Equations Toolbox
Весьма важный пакет прикладных программ, содержащий множество функций для решения систем дифференциальных уравнений в частных производных. В пакете используется метод конечных элементов. Команды и графический интерфейс пакета могут быть использованы для математического моделирования уравнений в частных производных применительно к широкому классу инженерных и научных приложений, включая задачи сопротивления материалов, расчеты электромагнитных устройств, задачи тепломассопереноса и диффузии.
Пакеты анализа и синтеза систем управления
Control System Toolbox
Пакет Control System предназначен для моделирования, анализа и проектирования систем автоматического управления - как непрерывных, так и дискретных.
Функции пакета реализуют традиционные методы передаточных функций и современные методы пространства состояний. Частотные и временные отклики, диаграммы расположения нулей и полюсов могут быть быстро вычислены и отображены на экране. В пакете реализованы:
полный набор средств для анализа MIMO-систем (множество входов -
множество выходов) систем;
временные характеристики: передаточная и переходная функции, реакция на
произвольное воздействие;
частотные характеристики: диаграммы Боде, Николса, Найквиста и др.;
разработка обратных связей;
проектирование LQR/LQE-регуляторов;
характеристики моделей: управляемость, наблюдаемость, понижение порядка моделей;
поддержка систем с запаздыванием.
Пакет Control System содержит средства для выбора параметров обратной связи.
Среди традиционных методов: анализ особых точек, определение коэффициента усиления и затухания.
Среди современных методов: линейно-квадратичное регулирование и др. Пакет Control System включает большое количество алгоритмов для проектирования и анализа систем управления. Кроме того, он обладает настраиваемым окружением и позволяет создавать свои собственные m-файлы.
Nonlinear Control Design Toolbox
Nonlinear Control Design (NCD) Blockset реализует метод динамической оптимизации для проектирования систем управления. Этот инструмент, разработанный для использования с Simulink, автоматически настраивает системные параметры, основываясь на определенных пользователем ограничениях на временные характеристики.
Пакет использует перенос объектов мышью для изменения временных ограничений прямо на графиках, что позволяет легко настраивать переменные и указывать неопределенные параметры, обеспечивает интерактивную оптимизацию, реализует моделирование методом Монте-Карло, поддерживает проектирование SISO- (один вход - один выход) и MIMO-систем управления, позволяет моделировать подавление помех, слежение и другие типы откликов, поддерживает проблемы повторяющегося параметра и задачи управления системами с запаздыванием, позволяет осуществлять выбор между удовлетворенными и недостижимыми ограничениями.
Robust Control Toolbox
Пакет Robust Control включает средства для проектирования и анализа многопараметрических устойчивых систем управления. Это системы с ошибками моделирования, динамика которых известна не полностью или параметры которых могут изменяться в ходе моделирования. Мощные алгоритмы пакета позволяют выполнять сложные вычисления с учетом изменения множества параметров.
Model Predictive Control Toolbox
Пакет Model Predictive Control содержит полный набор средств для реализации стратегии предиктивного (упреждающего) управления. Эта стратегия была разработана для решения практических задач управления сложными многоканальными процессами при наличии ограничений на переменные состояния и управление. Методы предикативного управления используются в химической промышленности и для управления другими непрерывными процессами.
Пакет содержит более полусотни специализированных функций для проектирования, анализа и моделирования динамических систем с использованием предикативного управления. Он поддерживает следующие типы систем: импульсные, непрерывные и дискретные по времени, пространство состояний. Обрабатываются различные виды возмущений.
(Мю)-Analysis and Synthesis
Пакет p-Analysis and Synthesis содержит функции для проектирования устойчивых систем управления. Пакет использует оптимизацию в равномерной норме и сингулярный параметр и. В этот пакет включен графический интерфейс для упрощения операций с блоками при проектировании оптимальных регуляторов.
Stateflow
Stateflow - пакет моделирования событийно-управляемых систем, основанный на теории конечных автоматов. Этот пакет предназначен для использования вместе с пакетом моделирования динамических систем Simulink. В любую Simulink-модель можно вставить Stateflow-диаграмму (или SF-диаграмму), которая будет отражать поведение компонентов объекта (или системы) моделирования.
SF-диаграмма является анимационной. По ее выделяющимся цветом блокам и связям можно проследить все стадии работы моделируемой системы или устройства и поставить ее работу в зависимость от тех или иных событий.
Quantitative Feedback Theory Toolbox
Пакет содержит функции для создания робастных (устойчивых) систем с обратной связью. QFT (количественная теория обратных связей) - инженерный метод, использующий частотное представление моделей для удовлетворения различных требований к качеству при наличии неопределенных характеристик объекта. В основе метода лежит наблюдение, что обратная связь необходима в тех случаях, когда некоторые характеристики объекта неопределенны и/или на его вход подаются неизвестные возмущения.
LMI Control Toolbox
Пакет LMI (Linear Matrix Inequality) Control обеспечивает интегрированную среду для постановки и решения задач линейного программирования. Предназначенный первоначально для проектирования систем управления пакет позволяет решать любые задачи линейного программирования практически в любой сфере деятельности, где такие задачи возникают. Основные возможности пакета:
исследование задач линейного программирования;
графический редактор задач линейного программирования;
задание ограничений в символьном виде;
многокритериальное проектирование регуляторов;
проверка устойчивости: квадратичная устойчивость линейных систем, устойчивость по Ляпунову, проверка критерия Попова для нелинейных систем.
Пакет LMI Control включает два вида графического интерфейса пользователя: редактор задачи линейного программирования (LMI Editor) и интерфейс Magshape. LMI Editor позволяет задавать ограничения в символьном виде, a Magshape обеспечивает пользователя удобными средствами работы с пакетом.
Пакеты идентификации систем
System Identification Toolbox
Пакет System Identification содержит средства для создания математических моделей динамических систем на основе наблюдаемых входных и выходных данных.
Domain System Identification Toolbox
Пакет Frequency Domain System Identification предоставляет специализированные средства для идентификации линейных динамических систем по их временному или частотному отклику. Частотные методы направлены на идентификацию непрерывных систем, что является мощным дополнением к более традиционной дискретной методике. Методы пакета могут быть применены к таким задачам, как моделирование электрических, механических и акустических систем.
Дополнительные пакеты расширения Matlab
Communications Toolbox
Пакет прикладных программ для построения и моделирования разнообразных телекоммуникационных устройств: цифровых линий связи, модемов, преобразователей сигналов и др. Имеет богатейший набор моделей самых различных устройств связи и телекоммуникаций. Содержит ряд интересных примеров моделирования коммуникационных средств.
Digital Signal Processing (DSP ) Blockset
Пакет прикладных программ для проектирования устройств, использующих процессоры цифровой обработки сигналов. Это прежде всего высокоэффективные цифровые фильтры с заданной или адаптируемой к параметрам сигналов частотной характеристикой (АЧХ). Результаты моделирования и проектирования цифровых устройств с помощью этого пакета могут использоваться для построения высокоэффективных цифровых фильтров на современных микропроцессорах цифровой обработки сигналов.
Fixed-Point Blockset
Этот специальный пакет ориентирован на моделирование цифровых систем управления и цифровых фильтров в составе пакета Simulink.
Пакеты для обработки сигналов и изображений
Signal Processing Toolbox
Мощный пакет по анализу, моделированию и проектированию устройств обработки всевозможных сигналов, обеспечению их фильтрации и множества преобразований.
Пакет содержит модули для разработки линейных систем и анализа временных рядов. Пакет будет полезен, в частности, в таких областях, как обработка аудио- и видеоинформации, телекоммуникации, геофизика, задачи управления в реальном режиме времени, экономика, финансы и медицина.
Higher-Order Spectral Analysis Toolbox
Пакет Higher-Order Spectral Analysis содержит специальные алгоритмы для анализа сигналов с использованием моментов высшего порядка. Пакет предоставляет широкие возможности для анализа негауссовых сигналов, так как содержит алгоритмы, пожалуй, самых передовых методов для анализа и обработки сигналов.
Урок №19.
Работа с файлами
Открытие и закрытие файлов
Операции с двоичными файлами
Операции над форматированными файлами
Позиционирование файла
Специализированные файлы
Файлы - это довольно распространенные объекты системы MATLAB. О некоторых типах файлов уже говорилось в предшествующих главах. В этом уроке рассматриваются свойства файлов, которые не зависят от их типа и относятся к любым файлам.
Открытие и закрытие файлов
Файл обычно является некоторой совокупностью данных, объединенных одним именем. Тип файла, как правило, определяется его расширением. Мы рассматриваем файл как некое целое, хотя физически на диске он может быть представлен несколькими областями - говорят, что в этом случае файл фрагментирован.
Перед использованием любого файла он должен быть открыт, а по окончании использования - закрыт. Много файлов может быть открыто и доступно для чтения одновременно. Рассмотрим команды открытия и закрытия файлов.
переменная - открывает массив, названный по имени, в редакторе массивов (Array Editor);
Mat - открывает файл, сохраняет переменные в структуре в рабочей области;
Fig - открывает его в редакторе дескрипторонй графики Property Editor;
M - открывает m-файл в редакторе-отладчике;
Mdl - открывает модель в Simulink;
Р - открывает, если он есть, m-файл с тем же именем;
Html - открывает HTML документ в браузере помощи.
Команда open имя, где имя должно содержать массив символов или символьную переменную, открывает файлы в зависимости от анализа параметра имя и расширения в имени имя:
Если файлы с расширением существуют в пути MATLAB, то открывается тот файл, который возвращается командой which имя, если нет - то файл из файловой системы. Если файл не имеет расширение имени, то он открывается той программой, формат файлов которой был бы обнаружен функцией игпсИГимя файла") По умолчанию для всех файлов с окончаниями, отличными от вышеперечисленных, вызывается openother. Open вызывает функции орепххх, где ххх - расширение файла. Исключение - переменные рабочей области, для которых вызывается openvar, и рисунки, для работы с которыми вызывается openim. Создавая т-файлы с именем орепххх, пользователи могут изменять обработку файлов и добавлять новые расширения в список. Закрывать файлы, открытые при помощи open, нужно из редакторов, вызываемых ореnххх.
Uigetfile(FILTERSPEC. Title). Открывает диалог с именем Title и фильтром FILTERSPEC (например, массивом ячеек, содержащим расширения файлов) и возвращает файл, выбранный пользователем, и путь к нему. Возвращает FILENAME=0, если файл не существует или если пользователь нажал на Cancel. = uigetfile (FILTERSPEC, Title. X. Y) размещает окно диалога в точке X, Y (координаты в пикселях).
Пример:
Uigetfile("*.m;*.fig;*.mat:*.mdl". "All MATLAB Files
(*.m, *.fig, *.mat. *.mdl)": ...
Uiputfile(FILTERSPEC. TITLE) сохраняет файл в диалоге, управляемом пользователем. Параметры аналогичны таковым в функции uigetfile.
Команда ui open открывает диалог, и если пользователь выбрал файл с известным расширением, вызывает его, используя open, или если имя файла имеет неизвестное расширение, то вызывается uigetfile. Входными аргументами uiopen могут быть mat lab, load, figure, simulink, editor. Без входных аргументов или с входным аргументом matlab в окне диалога предлагается выбрать *.m, *.fig, *.mat, *.mdl (если Simulink установлен) , * . cdr (если state flow установлен) , *.rtw, *.tmf, *.tlc, *.c, *.h, *.ads, *.adb (если установлен Real-Time Workshop). С аргументом load - *.mat. С аргументом figure предлагаются *.fig; simul ink - *.mdl, editor - *.m, *.mdt *.cdr, *.rtw, *.tmf, *.tlc, *.c, *.h, *.ads, *.adb.
Пример:
uiopen figure.
Команда uiload открывает файл в диалоге, управляемом пользователем, с использованием команды load.
Функция ui import запускает Мастер импорта (Import Wizard), импортирующий из файла в текущей папке или буфера обмена Windows. Она соответствует выбору Import Data из меню File или выбору Paste Special из меню Edit MATLAB.
Ui import (FILENAME) - запускает Мастер Импорта, открывая файл FILENAME. Мастер импорта показывает данные для предварительного просмотра. В окне предварительного просмотра появляются данные и их представление в виде переменных MATLAB. Собственно данные, текст и заголовки представляются разными переменными MATLAB. Для данных ASCII вы должны удостовериться, что Мастер импорта распознал разделители столбцов. Самостоятельно он может распознать только символ табуляции, пробел, запятую или точку с запятой. Нужно щелкнуть мышью на кнопке Next и в следующем окне либо подтвердить выбор разделителя, сделанный Мастером, либо выбрать Other и ввести любой разделитель.
ui import (" -f i le") - вначале выводит диалог выбора файла.
ui import ("-pastespecial") - вначале выводит для предварительного просмотра содержимое буфера обмена Windows.
S = ui import (...) хранит результирующие переменные как поля структуры S.
Команда uisave - управляемое пользователем сохранение (команда save описана в уроке 2) с Windows диалогом.
Функция saveas - сохраняет рисунок или модель Simulink в желаемом формате на носителе информации или на устройстве, разрешенном print.
Функция saveas (H, "FILENAME") - сохраняет данные в соответствии с командой дескрипторной графики Н в файле FILENAME. Формат файла определяется расширением имени FILENAME.
Функция saveas (H. "FILENAME" . "FORMAT") - выполняет то же, но с параметром FORMAT (формат задается тем же способом, что и расширение имени файла и может от него отличаться). FORMAT имеет приоритет перед расширением имени файла. Параметры функции:
Примеры:
saveas(gcf. "output", "fig") saveasCgcf, "output", "bmp")
Команда или функция delete удаляет файл или объект графики.
Delete имя файла удаляет файл текущей папки. Может быть использована *. Предпочтительно использование с записью в форме функции delete("mw файла"), когда имя файла - строка.
delete(H) удаляет графический объект с дескриптором Н. Если этот объект - окно, то оно предварительно закрывается.
Функция close(H) закрывает только графические окна. Для закрытия файлов необходимо использовать команду f close.
Для записи файлов на диск служит команда save, используемая в довольно очевидных формах:
save
save filename save filename varl var2 ... save ... option save(" filename" , ...)
Соответственно для считывания файлов с диска служит команда load:
load
load filename load filename X Y Z
load filename -ascii load filename -mat
В этих командах имя файла указывается по правилам, принятым в операционных системах класса MS-DOS. Эти команды обычно дублируются кнопками панелей инструментов и браузером файлов.
Операции с двоичными файлами
Двоичными, или бинарными, называют файлы, данные которых представляют собой машинные коды. Основные операции с такими кодами перечислены ниже.
fopen(filename, permission) - открывает файл с именем filename и параметром, определенным в permission, и возвращает идентификатор fid со значением: 0 - чтение с клавиатуры (permission установлено в "r"); 1 - вывод на дисплей (permission установлено в "а"); 2 - вывод сообщения об ошибке (permission установлен в " а"); -1 - неудача в открытии файла с выводом сообщения message о типе ошибки. Идентификатор fid часто используется в качестве аргумента другими функциями и программами ввода-вывода. Имя файла filename может содержать путь к файлу.
Если открываемый для чтения файл не найден в текущем каталоге, то функция fopen осуществляет поиск файла по пути, указанном в MATLAB.
Параметр permission может принимать одно из следующих основных значений (другие см. в справочной системе):
"r" - открытие файла для чтения (по умолчанию);
" r+" - открытие файла для чтения и записи;
"w" - удаление содержимого существующего файла или создание нового и открытие его для записи;
" а" - создание и открытие нового файла или открытие существующего для записи с добавлением в конец файла.
Добавление к этой строке " b" (подразумевается по умолчанию) предписывает системе открыть файл в двоичном режиме.
Добавление же вместо b к этой строке " t", например " rt", в операционных системах, которые имеют различие между текстовыми и двоичными файлами, предписывает системе открыть файл в текстовом режиме. Например, во всех версиях MATLAB для Windows/MS-DOS и VMS нельзя открыть текстовый файл без параметра " rt". При вводе файлов с использованием fopen в текстовом режиме удаляются все символы «возврат каретки» перед символом новой строки.
Fopentfilename.permission,format) - открывает файл, как описано выше, возвращая идентификатор файла и сообщение. Кроме того, значение параметра format позволяет точно определить числовой формат. Возможно 8 форматов, описание которых можно найти в справочной системе. В частности, строка format может иметь значения "native" (формат компьютера, на котором установлена система), "vax", "сгау" (компьютеры VAX и Cray) и т. д.
Определенные вызовы функций fread или fwrite могут отменить числовой формат, заданный при вызове функции fopen.
fids = fopen С all") - возвращает вектор-строку, содержащую идентификаторы всех открытых файлов, не включая стандартные потоки О, 1 и 2. Число элементов вектора равно числу открытых пользователем файлов;
Fopen(fid) - возвращает полное имя файла, строку.permission и строку format. При использовании недопустимых значений fid возвращаются пустые строки для всех выходных аргументов.
Команда fclose закрывает файл. Она имеет следующие варианты.
Status = fclose(fid) - закрывает файл, если он открыт. Возвращает статус файла status, равный 0, если закрытие завершилось успешно, и -1 в противном случае. Аргумент fid - это идентификатор, связанный с открытым файлом (см. функцию fopen для более подробного описания);
status = fclose("all") закрывает все открытые файлы. Возвращает 0 в случае успешного завершения и -1 - в противном случае.
Пример открытия и закрытия файла:
» fid=fopen("c:\ex"."а+") fid = 4
» fclose(4)
ans =
Fread(fid,size,precision) - считывает двоичные данные из заданного файла и помещает их в матрицу А. Выходной аргумент count содержит число удачно считанных элементов. Значение идентификатора fid - это целое число, возвращенное функцией fopen; size - аргумент, определяющий количество считываемых данных. Если аргумент size не определен, функция f read считывает данные до конца файла.
Используются следующие параметры size:
n - чтение n элементов в вектор-столбец;
Считывает столько элементов, сколько нужно для заполнения матрицы тхп.
Заполнение происходит по столбцам. Если элементов в файле мало, то матрица дополняется нулями. Если считывание достигает конца файла, не заполнив матрицу необходимого размера, то матрица дополняется нулями. Если происходит ошибка, чтение останавливается на последнем считанном значении. Параметр precision - строка, определяющая числовую точность считывания значений, она контролирует число считанных бит для каждого значения и интерпретирует эти биты как целое число, число с плавающей запятой или как символ
Fread(fid,size.precision,skip) - включает произвольный аргумент skip, который определяет число байтов, которые необходимо пропустить после каждого считывания. Это может быть полезно при извлечении данных г несмежных областях из записей фиксированной длины. Если precision имеет битовый формат, такой как "bitN 1 или "ubitN", значение skip определяется ~ битах. Обширный список возможных значений параметра precision можн найти в справочной системе MATLAB;
count=fwrite(fid,A,precision) - записывает элементы матрицы А в файл, представляя их с заданной точностью. Данные записываются в файл по столбцам, выходной аргумент count содержит число удачно записанных элементов. Значение идентификатора fid - это целое число, полученное при использовании функции f open. Добавляет символы «возврат каретки» перед началом новой строки;
count=fwrite(fid.A,precision,skip) - делает то же, но включает произвольный аргумент skip, который определяет число байтов, которые надо пропустить перед каждой записью. Это полезно при вставке данных в несмежные области в записях фиксированной длины. Если precision имеет битовый формат, такой как "bitN" или "ubitN", значение skip определяется в битах.
Примеры:
» fid = fopen("c:\prim","а+")
Fid =
» A=magic(7)
А =
|
30 |
39 |
48 |
1 |
10 |
19 |
28 |
|
38 |
47 |
7 |
9 |
18 |
27 |
29 |
|
46 |
6 |
8 |
17 |
26 |
35 |
37 |
|
5 |
14 |
16 |
25 |
34 |
36 |
45 |
|
13 |
15 |
24 |
33 |
42 |
44 |
4 |
|
21 |
23 |
32 |
41 |
43 |
3 |
12 |
|
22 |
31 |
40 |
49 |
2 |
11 |
20 |
» count = fwrite(j.A)
Count =
» status=fclose(3)
Status =
» fid
Fopen("c:\prim"."r")
Fid =
» = fread(3.)
|
30 |
39 |
48 |
1 |
10 |
19 |
28 |
|
|
38 |
47 |
7 |
9 |
18 |
27 |
29 |
|
|
46 |
6 |
8 |
17 |
26 |
35 |
37 |
|
|
5 |
14 |
16 |
25 |
34 |
36 |
45 |
|
|
13 |
15 |
24 |
33 |
42 |
44 |
4 |
|
|
21 |
23 |
32 |
41 |
43 |
3 |
12 |
|
|
22 |
31 |
40 |
49 |
2 |
11 |
20 |
|
count =
Операции над форматированными файлами
Файлы, содержащие форматированные данные, называют форматированными файлами. Ниже представлены функции, которые служат для работы с такими файлами.
Line = fgetl (fid) - возвращает строку из файла с идентификатором fid с удалением символа конца строки. Если функция fgetl обнаруживает конец файла, то она возвращает значение -1 (см. функцию fopen с более подробным описанием fid);
Line = f gets (fid) - возвращает строку из файла с идентификатором fid, не удаляя символ конца строки. Если функция fgets обнаруживает конец файла, то она возвращает значение -1;
Line = fgets(fid.nchar) - возвращает не больше чем nchar первых символов строки. После признака конца строки или конца файла никакие дополнительные символы не считываются (см. примеры к функции fscanf);
Count = fprintf(fid.format,A....) - форматирует данные, содержащиеся в действительной части матрицы А, под контролем строки format и записывает их в файл с идентификатором fid. Функция fprintf возвращает число записанных байтов. Значение идентификатора fid - целое число, возвращаемое функцией fopen.
Если опустить идентификатор fid в списке аргументов функции fprintf, то вывод будет осуществляться на экран, так же как при использовании стандартного вывода (fid=l).
fprintf(format,A....) - запись осуществляется на стандартное устройство - экран (но не в файл). Строка format определяет систему счисления, выравнивание, значащие цифры, ширину поля и другие атрибуты выходного формата. Она может содержать обычные буквы алфавита наряду со спецификаторами, знаками выравнивания и т. д.
Таблица 19.1. Специальные символы в строках формата
|
Символ |
Описание |
|
|
\n |
Новая строка |
|
|
\t |
Горизонтальная табуляция |
|
|
\b |
Возврат на один символ |
|
|
\r
|
Возврат каретки |
|
|
\f
|
Новая страница |
|
|
\\ |
Обратный слеш |
|
|
\" или " |
Одиночная кавычка |
|
|
%% |
Процент |
Функция fprintf ведет себя, как аналогичная функция fprintf О языка ANSI С и с некоторыми исключениями и расширениями. В табл. 19.1 описаны специальные символы, встречающиеся в строке format. Для вывода числовых или символьных данных в строке формата необходимо использовать спецификаторы, перечисленные в табл. 19.2.
Таблица 19.2. Спецификаторы формата вывода данных
|
Спецификатор |
Описание |
|
| %d | Десятичная система обозначений (со знаком) | |
| *с | Одиночный символ | |
|
%е
|
Экспоненциальное представление чисел с использованием символа «е» в нижнем регистре, например 3.1415е + 00 |
|
|
Экспоненциальное представление чисел с использованием символа «Е» в верхнем регистре, например 3.1415Е + 00 |
||
|
%f |
Система обозначений с фиксированной точкой |
|
|
%g |
Наиболее компактный вариант из %е и %f. Незначащие нули не выводятся |
|
|
%G |
То же самое, что и %д, но используется верхний регистр для символа «Е» |
|
|
%о |
Восьмеричная система обозначений (без знака) |
|
|
%s |
Строка символов |
|
|
%u |
Десятичная система
обозначений (без знака) |
|
|
%x
|
Шестнадцатеричная система обозначений с использованием символов нижнего регистра («a»...«f») |
|
|
%X |
Шестнадцатеричная система обозначений с использованием верхнего регистра
символов («A»...«F»)
|
Между знаком процента и буквой в спецификатор могут быть вставлены дополнительные символы. Их значение поясняет табл. 19.3.
Таблица 19.3. Параметры спецификаторов формата
|
Символ |
Описание |
Пример |
|
Знак «минус» (-) |
Выравнивание преобразованных аргументов по левому краю |
%-5.2d |
|
Знак «плюс» (+) |
Всегда печатать знак числа (+ или -) |
%+5.2d |
|
Ноль (0) |
Заполнение нулями вместо пробелов |
%05.2d |
|
Цифры |
Определяет минимальное число знаков, которые будут напечатаны |
%6f |
|
Цифры (после точки) |
Число после точки определяет количество символов, печатаемых
справа от десятичной точки
|
%6.2f |
-
inf - чтение элементов до конца файла и помещение их в вектор-столбец, содержащий такое же количество элементов, что и в файле;
Считывает столько элементов, сколько требуется для заполнения матрицы размера тхп. Заполнение происходит по столбцам. Величина n (но нет!) может принимать значение Inf.
А = fscanf(fid,format) - читает все данные из файла с идентификатором, fid, преобразует их согласно значению параметра format и возвращает в виде матрицы А. Значение идентификатора fid - целое число, возвращаемое функцией fopen. Параметр format представляет собой строку, определяющую формат данных, которые необходимо прочитать;
Fscanf(fid.format,size) - считывает количество данных, определенное параметром size, преобразует их в соответствии с параметром format и возвращает вместе с количеством успешно считанных элементов count. Параметр size - это произвольный аргумент, определяющий количество считываемых данных. Допустимы следующие значения:
Строка format состоит из обычных символов и (или) спецификаторов. Спецификаторы указывают тип считываемых данных и включают символ %, опцию ширины поля и символы формата. Возможные символы формата перечислены в табл. 19.4.
Таблица 19.4. Символы формата, используемые функцией fscanf
|
Символ |
Описание |
||
|
Последовательность символов; параметр ширины поля
определяет количество считываемых символов |
|||
|
%d |
Десятичное число |
||
|
%e, %f, %g |
Число с плавающей точкой |
||
|
%i |
Целое число со знаком |
||
|
%o |
Восьмеричное число со знаком |
||
|
%s |
Последовательность непробельных символов |
||
|
%u |
Десятичное целое число со знаком |
||
|
%x |
Шестнадцатеричное целое число со знаком |
||
|
[...] |
Последовательность символов |
||
Между символом % и символом формата допустимо вставлять следующие символы:
Звездочка (*) означает, что соответствующее значение не нужно сохранять в выходной матрице;
Строка цифр задает максимальную ширину поля;
Буква обозначает размер полученного объекта: h для короткого целого числа (например, %n d), 1 для длинного целого числа (например, %ld) или для числа с двойной точностью с плавающей запятой (например, % lg).
Примеры:
» х = 0:pi/10:pi:y-;
» fid = fopent "c:\sin.txt". V);
» fprintf(fid."X5.3f *10.6f\n".y):fclose(fid);
0.000 0.000000
0.314 0.309017
0.628 0.587785
0.942 0.809017
1.257 0.951057
1.571 1.000000
1.885 0.951057
2.199 0.809017
2.513 0.587785
2.827 0.309017
3.142 0.000000
» fid = fopen("c:\sin.txt"."r");
» q=fscanf(fid."*g".):
» q "
ans =
0.3140 0.3090
0.6280 0.5878
0.9420 0.8090
1.2570 0.9511
1.5710 1.0000
1.8850 0.9511
2.1990 0.8090
2.5130 0.5878
2.8270 0.3090
» fgetl(fid)
Ans =
3.142 0.000000
» fgets(fid)
Ans =
» fclose(fid)
Ans=
Позиционирование файла
При считывании и записи файлов они условно представляются в виде линейно расположенных данных, наподобие записи на непрерывной магнитной ленте. Место, с которого идет считывание в данный момент (или позиция, начиная с которой идет запись), определяется специальным указателем. Файлы последовательного доступа просматриваются строго от начала до конца, а в файлах произвольного доступа указатель может быть размещен в любом месте, начиная с которого ведется запись или считывание данных файла.
Таким образом, указатель обеспечивает позиционирование файлов. Имеется ряд функций позиционирования:
Eofstat = feof(fid) - проверяет, достигнут ли конец файла с идентификатором fid. Возвращает 1, если указатель установлен на конец файла, и 0 - в противном случае;
Message = ferror(fid) - возвращает сведения об ошибке в виде строки message. Аргумент fid - идентификатор открытого файла (см. функцию fopen с ее подробным описанием);
Message = f error (f id,"clear") - очищает индикатор ошибки для заданного файла;
Ferror(.) - возвращает номер ошибки errnum последней операции ввода-вывода для заданного файла.
Если последняя операция ввода-вывода, выполненная для определенного значением fid файла, была успешной, значение message - это пустая строка, a errnum принимает значение 0.
Значение errnum, отличное от нуля, говорит о том, что при последней операции ввода-вывода произошла ошибка. Параметр message содержит строку, содержащую информацию о характере возникшей ошибки.
Пример:
» fid=fopen("с:\examplel"."а+")
Fid =
» t= fread(3,)
Empty matrix: 4-by-0
» ferror(3)
Ans =
Is the file open for reading? . . .
frewind(fid) - устанавливает указатель позиции в начало файла с идентификатором fid;
Status - fseekCfid,offset,origin) - устанавливает указатель в файле с идентификатором fid в заданную позицию - на байт, указанный параметром offset относительно origin.
Аргументы:
offset>0 - изменяет позицию указателя на offset байт в направлении к концу файла;
offset=0 - не меняет позицию указателя;
offset<0 - изменяет позицию указателя на offset байт в направлении к началу файла;
"bof или -1 - начало файла;
"cof" или 0 - текущая позиция указателя в файле;
" eof" или 1 - конец файла;
Fid - идентификатор файла, возвращенный функцией fopen;
offset - значение, которое интерпретируется следующим образом:
Origin - аргумент, принимающий следующие значения:
status - выходной аргумент. Принимает значение 0, если операция fseek произошла успешно, и -1 в противном случае. Если произошла ошибка, используйте функцию ferror для получения более подробной информации;
position=ftel I (fid) - возвращает позицию указателя для файла с идентификатором fid, полученным с помощью функции fopen. Выходной аргумент position - неотрицательное целое число, определяющее позицию указателя в байтах относительно начала файла. Если запрос был неудачным, position принимает значение -1. Используйте функцию ferror для отображения характера ошибки.
Примеры:
» f id-fopen("с:\example"."a+")
Fid =
» count = fwrite(3,magic(6))
Count = 36
» ftelK3)
Ans =
» frewind(3):ftell(3)
Ans =
» fseek(3.12.0);ftell(3)
ans=
» feof(3)
Ans =
» fclose(3)
Ans =
S=sprintf(format,A,...) - форматирует данные в матрице А в формате, заданном параметром format, и создает из них строковую переменную s;
SprintfCformat,A....) - аналогична ранее описанной функции, но дополнительно возвращает строку ошибки errmsg, если ошибка имела место, или пустую строку в противном случае. Строка format определяет систему счисления, выравнивание, значащие цифры, ширину поля и другие атрибуты выходного формата. Она может содержать обычные символы наряду со спецификаторами, знаками выравнивания и т. д. Функция fprintf ведет себя, как и аналогичная функция fprintf 0 языка ANSI С, с некоторыми исключениями и расширениями.
Примеры:
» sprintfC"*0.5g".(l+sqrt(7))/4)
ans =
0.91144
» sprintfC"%s", "привет")
ans =
привет
Функция sscanf аналогична функции fscanf за исключением того, что она считывает данные из символьной переменной системы MATLAB, а не из файла.
n - чтение п элементов в вектор-столбец;
inf - чтение элементов до конца символьной переменной и помещение их в вектор-столбец, содержащий такое же количество элементов, как и в строковой переменной;
Считывает столько элементов, сколько требуется для заполнения матрицы размера тхп. Заполнение происходит по столбцам. Величина п (но нет!) может принимать значение Inf.
А = sscanf (s,format) - считывает данные из символьной переменной s, преобразует их согласно значению format и создает на основе этих данных матрицу А. Параметр format определяет формат данных, которые нужно считать;
А = sscanf(s,format,size) - считывает количество данных, определенное параметром size, и преобразует их согласно строке format. Параметр size представляет собой аргумент, определяющий количество данных для чтения. Допустимы следующие значения:
Sscanf(...) - считывает данные из символьной переменной s, преобразует их согласно значению format и возвращает в матрицу А. Параметр count - выходной.аргумент, который возвращает число успешно считанных элементов; errmsg - выходной аргумент, который возвращает строку ошибки, если ошибка произошла, и пустую строку в противном случае; nextindex - выходной аргумент, который содержит число, на единицу большее, чем количество символов в s.
Строка format состоит из обычных символов и спецификаторов. Спецификаторы указывают тип данных и включают в себя символ %, опцию ширины поля и символы формата. Пояснения можно найти в описании функции fscanf.
Пример:
» s = "4.83 3.16 22 45";
» = sscanf(s. "%f")
А =
4.8300 - 3.1600
22.0000
45.0000
Еrr=
next =
Специализированные файлы
Приведенные ниже функции относятся к некоторым специализированным файлам:
М = dlmread(filename, delimiter) - считывает данные из файла filename с ASCII-разделителем, используя разделитель delimiter, в массив М. Используйте "\t", i чтобы определить в качестве разделителя символ табуляции;
М = dlmreadCfilename.delimiter,г.с) - считывает данные из файла filename с ASCII-разделителем, используя разделитель delimiter, в массив М, начиная со смещения г (по строкам) и с (по столбцам). Параметры r и с отсчитываются начиная с нуля, так что г=0, с=0 соответствует первому значению в файле;
М = dlmreadCfilename, deli mi ten, r, с, range) - импортирует индексированный или именованный диапазон данных с разделителями в формате ASCII. Для использования диапазона ячеек нужно определить параметр range в виде range = [ВерхняяСтрока. ЛевыйСтолбец. НижняяСтрока, ПравыйСтолбец].
Аргументы функции dlmread следующие:
Delimiter - символ, отделяющий отдельные матричные элементы в электронной таблице формата ASCII;
(,) - разделитель по умолчанию;
R, с - ячейка электронной таблицы, из которой берутся матричные элементы, соответствующие элементам в верхнем левом углу таблицы;
range - вектор, определяющий диапазон ячеек электронной таблицы.
Команда dlmwrite преобразует матрицу MATLAB в файл с ASCII-разделителями, читаемый программами электронных таблиц:
Dl mwri te (f i 1 ename. A. delimiter) - записывает матрицу А в верхнюю левую ячейку электронной таблицы filename, используя разделитель delimiter для отделения элементов матрицы. Используйте " U" для создания файла с элементами, разделенными табуляцией. Все элементы со значением 0 опускаются. Например, массив появится в файле в виде " 1., 2" (если разделителем является запятая):
dlmwrite(filename,A,delimiter, r,с) - записывает матрицу А в файл filename, начиная с ячейки, определенной r и с, используя разделитель delimiter;
info=imfinfo(filename.fmt) - возвращает структуру, поля которой содержат информацию об изображении в графическом файле. Аргумент filename - строка, определяющая имя графического файла, fmt - строка, которая определяет формат файла. Файл должен находиться в текущей директории или в директории, указанной в пути MATLAB. Если imflnfo не может найти файл с именем filename, она ищет файл с именем filename.fmt.
В табл. 19.5 показаны возможные значения для аргумента fmt.
Таблица 19.5. Поддерживаемые графические форматы и их обозначения
Если filename - TIFF- или HDF-файл, содержащий более одного изображения, то 1 nf о представляет собой массив структур с отдельным элементом (т. е. с индивидуальной структурой) для каждого изображения в файле. Например, info(3) будет в таком случае содержать информацию о третьем изображении в файле. Множество полей в info зависит от конкретного файла и его формата. Однако первые девять полей всегда одинаковы. В табл. 19.6 перечислены эти поля и описаны их значения.
Таблица 19.6. Поля информационной структуры и их значения
| Поле | Значение |
| Filename | Строка, содержащая имя файла; если файл находится не в текущей директории, строка содержит полный путь к файлу |
| FileModDate | Строка, содержащая дату последнего изменения файла |
| FileSize | Целое число, указывающее размер файла в байтах |
| Format | Строка, содержащая формат файла, заданный параметром fmt; для JPEG- и TIFF-файлов возвращается значение, состоящее из трех символов |
| FormatVersion | Строка или число, описывающее версию формата |
| Width | Целое число, указывающее ширину изображения в пикселях |
| Height | Целое число, указывающее высоту изображения в пикселях |
| BitDepth | Целое число, указывающее число битов на пиксель |
| ColorType | Строка, описывающая тип изображения: "truecolor" для RGB изображения, "grayscale" для полутонового изображения или "indexed" для изображения с индексированными цветами |
Info = imfinfo(filename) - пытается определить формат файла по содержимому. Пример:
» info = irrifinfo("С:\выставка\Интернет.bmр")
Info =
Filename: "С:\выставка\Интернет.bmр"
FileSize: 481078
Format: "bmp"
FormatVersion: "Version 3 (Microsoft Windows 3.x)"
или truecolor (RGB) изображение класса uint8, команда imwrite записывает фактические значения массива в файл. Если А имеет класс double, команда imwrite переопределяет значения в массиве перед записью, используя преобразование uint8(round(255*A)). Эта операция преобразует числа с плавающей запятой в диапазоне к 8-битовым целым числам в диапазоне . Допустимые значения параметра ftnt аналогичны тем, что используются в команде imfinfo;
вектор с четырьмя элементами, определяющий диапазон ячеек в формате [верхняя_строка. левый_столбец, нижняя_строка, правый_столбец];
диапазон ячеек, определенный строкой, например " А1... С5";
имя диапазона, определенное в виде строки, например "Sales".
imwrite(X,map,filename,fmt) - записывает индексированное изображение, находящееся в массиве X, и соответствующую ему цветовую палитру тар в файл filename. Если X содержит изображение класса uint8, команда imwrite записывает фактические значения массива в файл. Если X имеет класс double, команда imwrite переопределяет значения в массиве перед записью, используя преобразование uintS(X-l). Палитра тар должна иметь класс double; функция imwrite переопределяет значения в тар, используя преобразование uint8(round (255*mар));
imwrite (....filename) - записывает изображение в filename в формате, указанном в расширении файла. Расширение может быть одним из допустимых значений параметра fmt;
imwrite (....Parameter, Value....) определяет параметры, которые контролируют различные свойства выходного файла. Параметры используются для HDF, JPEG, и TIFF файлов;
М = wklread(filename) - считывает электронную таблицу Lotusl23 (WK1) в матрицу М;
М = wklread(filename.r.c) - считывает данные, начиная с ячейки, определенной значениями (r,с). Параметры г и с отсчитываются от нуля, так что г=0, с=0 определяют первую ячейку в файле;
М = wklread(filename,r,c,range) - считывает диапазон значений, определенный параметром range, где range может быть представлен в одной из следующих форм:
wklwrite(filename.M) - записывает значения матрицы М в файл filename электронной таблицы Lotus 123 WK1;
wklwrite(filename,M,r,c) - записывает данные, начиная с ячейки, определенной значениями (r,с). Параметры г и с отсчитываются от нуля, так что г=0, с=0 определяют первую ячейку в электронной таблице.
В табл. 19.7 представлены форматы изображений, доступных для чтения функцией imread. Списки параметров и их возможных значений для функции imwrite содержатся в табл. 19.8.
Необходимо отметить, что большинство рассмотренных выше функций редко применяются пользователями. Но они довольно широко используются в системных целях и представляют большой интерес для специалистов.
Таблица 19.7. Форматы файлов и их краткое описание
| Формат | Варианты |
| BMP | 1-битовые, 4-битовые, 8-битовые и 24-битовые несжатые изображения; 4-битовые и 8-битовые изображения со сжатием RLE |
| HDF | 8-разрядные растровые изображения, содержащие или не содержащие цветовую палитру; 24-разрядные растровые изображения |
| JPEG | Любые JPEG-изображения; JPEG-изображения с некоторыми обычно используемыми расширениями |
| PCX | 1-битовые, 8-битовые и 24-битовые изображения |
| TIFF | Любые TIFF-изображения, включая!-битовые, 8-битовые и 24-битовые несжатые изображения; 1-битовые, 8-битовые и 24-битовые изображения с packbit-сжатием; 1-битовые изображения со сжатием CCITT |
| XWD | 1-битовые и 8-битовые Zpixmaps; XYBitmaps; 1-битовые XYPixmaps |
Таблица 19.8. Параметры, используемые при записи графических файлов
| Параметр | Значение | Значение по умолчанию |
| Параметры для HDF-файлов | ||
| "Compression" | Одно из следующих значений: "none", Vie", "jpeg" | "rle" |
| "Quality" | Число между 0 и 100; параметр поддерживается для "Compression"="jpeg"; чем больше число, тем выше качество файла (меньше искажений файла при сжатии) и тем больше его размер | 75 |
| "WriteMode" | Одно из следующих значений: "overwrite", "append" | "overwrite" |
| Параметры для JPEG-файлов | ||
| "Quality" | Число между 0 и 100; чем больше число, тем выше качество файла (меньше искажений при сжатии файла) и тем больше его размер. | 75 |
| Параметры для TIFF-файлов | ||
| "Compression" | Одно из следующих значений: "none", "packbits", "ccitt"; значение "ccitt" допустимо только для двоичных (двухцветных) изображений | "ccitt" для двоичных изображений; "packbits" для всех остальных |
| "Description" | Любая строка; значение поля ImageDescription возвращается командой imfinfo | Пустая строка |
| "Resolution" | Скалярное значение для разрешения в направлениях х и у |
72 |
Что нового мы узнали?
В этом уроке мы научились:
Открывать и закрывать файлы.
Выполнять операции с двоичными и форматированными файлами.
Осуществлять позиционирование файла.
Применять специализированные файлы.
Работа из командной строки MatLab затруднена, если требуется вводить много команд и часто их изменять. Ведение дневника при помощи команды diary и сохранение рабочей среды лишь незначительно облегчает работу. Самым удобным способом выполнения команд MatLab является использование М-файлов, в которых можно набирать команды, выполнять их все сразу или частями, сохранять в файле и использовать в дальнейшем. Для работы с М-файлами предназначен редактор М-файлов. При помощи этого редактора можно создавать собственные функции и вызывать их, в том числе и из командной строки.
Раскройте меню File основного окна MatLab и в пункте New выберите подпункт M-file . Новый файл открывается в окне редактора М-файлов.
Наберите в редакторе команды, приводящие к построению двух графиков в одном графическом окне:
x = ;
f = exp(-x);
subplot(1, 2, 1)
plot(x, f)
g = sin(x);
subplot(1, 2, 2)
plot(x, g)
Сохраните теперь файл с именем mydemo.m в подкаталоге work основного каталога MatLab, выбрав пункт Save as меню File редактора. Для запуска на выполнение всех команд, содержащихся в файле, следует выбрать пункт Run в меню Debug. На экране появится графическое окно Figure No.1, содержащее графики функций. Если Вы решили построить график косинуса вместо синуса, то просто измените строку g = sin(x) в М-файле на g = cos(x) и запустите все команды снова.
Замечание 1
Если при наборе сделана ошибка и MatLab не может распознать команду, то происходит выполнение команд до неправильно введенной, после чего выводится сообщение об ошибке в командное окно.
Очень удобной возможностью, предоставляемой редактором М-файлов, является выполнение части команд.
Закройте графическое окно Figure
No.1.
Выделите при помощи мыши, удерживая левую кнопку, или клавишами со стрелками при нажатой клавише
Отдельные блоки М-файла можно снабжать комментариями, которые пропускаются при выполнении, но удобны при работе с М-файлом. Комментарии в MatLab начинаются со знака процента и автоматически выделяются зеленым цветом, например:
%построение графика sin(x) в отдельном окне
В редакторе М-файлов может быть одновременно открыто несколько файлов. Переход между файлами осуществляется при помощи закладок с именами файлов, расположенных внизу окна редактора.
Открытие существующего М-файла производится при помощи пункта Open меню File рабочей среды, либо редактора М-файлов. Открыть файл в редакторе можно и командой MatLab edit из командной строки, указав в качестве аргумента имя файла, например:
Команда edit без аргумента приводит к созданию нового файла.
Все примеры, которые встречаются в этой и следующих лабораторных работах, лучше всего набирать и сохранять в М-файлах, дополняя их комментариями, и выполнять из редактора М-файлов. Применение численных методов и программирование в MatLab требует создания М-файлов.
2. Типы М-файлов
М-файлы в MatLab бывают двух типов: файл-программы (Script M-Files), содержащие последовательность команд, и файл-функции (Function M-Files), в которых описываются функции, определяемые пользователем.
Файл-программу (файл-процедуру) Вы создали при прочтении предыдущего подраздела. Все переменные, объявленные в файл-программе, становятся доступными в рабочей среде после ее выполнения. Выполните в редакторе М?файлов файл-программу, приведенную в подразделе 2.1, и наберите команду whos в командной строке для просмотра содержимого рабочей среды. В командном окне появится описание переменных:
» whos
Name Size Bytes Class
f 1x71 568 double array
g 1x71 568 double array
x 1x71 568 double array
Grand total is 213 elements using 1704 bytes
Переменные, определенные в одной файле-программе, можно использовать в других файл-программах и в командах, выполняемых из командной строки. Выполнение команд, содержащихся в файл-программе, осуществляется двумя способами:
- Из редактора М-файлов так, как описано выше.
- Из командной строки или другой файл-программы, при этом в качестве команды используется имя М-файла.
Применение второго способа намного удобнее, особенно, если созданная файл-программа будет неоднократно использоваться впоследствии. Фактически, созданный М-файл становится командой, которую понимает MatLab. Закройте все графические окна и наберите в командной строке mydemo, появляется графическое окно, соответствующее командам файл-программы mydemo.m. После ввода команды mydemo MatLab производит следующие действия.
- Проверяет, является ли введенная команда именем какой-либо из переменных, определенных в рабочей среде. Если введена переменная, то выводится ее значение.
- Если введена не переменная, то MatLab ищет введенную команду среди встроенных функций. Если команда оказывается встроенной функцией, то происходит ее выполнение.
Если введена не переменная и не встроенная функция, то MatLab начинает поиск М-файла с названием команды и расширением m . Поиск начинается с текущего каталога (Current Directory), если М-файл в нем не найден, то MatLab просматривает каталоги, установленные в пути поиска (Path). Найденный М-файл выполняется в MatLab.
Если ни одно из вышеперечисленных действий не привело к успеху, то выводится сообщение в командное окно, например:
» mydem
??? Undefined function or variable "mydem".
Как правило, М-файлы хранятся в каталоге пользователя. Для того чтобы система MatLab могла найти их, следует установить пути, указывающие расположение М-файлов.
Замечание 2
Хранить собственные М-файлы вне основного каталога MatLab следует по двум причинам. Во-первых, при переустановке MatLab файлы, которые содержатся в подкаталогах основного каталога MatLab, могут быть уничтожены. Во-вторых, при запуске MatLab все файлы подкаталога toolbox размещаются в памяти компьютера некоторым оптимальным образом так, чтобы увеличить производительность работы. Если вы записали М-файл в этот каталог, то воспользоваться им можно будет только после перезапуска MatLab.
3. Установка путей
В MatLab версий 6.x определяется текущий каталог и пути поиска. Установка этих свойств производится либо при помощи соответствующих диалоговых окон либо командами из командной строки.
Текущий каталог определяется в диалоговом окне Current
Directory
рабочей среды. Окно присутствует в рабочей среде, если выбран пункт Current
Directory
меню View
рабочей среды.
Текущий каталог выбирается из списка. Если его нет в списке, то его можно добавить из диалогового окна Browse
for
Folder,
вызываемого нажатием на кнопку, расположенную справа от списка. Содержимое текущего каталога отображается в таблице файлов.
Определение путей поиска производится в диалоговом окне Set Path навигатора путей, доступ к которому осуществляется из пункта Set Path меню File рабочей среды.
Для добавления каталога нажмите кнопку Add
Folder
Browse
for
Path
выберите требуемый каталог. Добавление каталога со всеми его подкаталогами осуществляется при нажатии на кнопку Add with Subfolders.
MATLAB
search
path.
Порядок поиска соответствует расположению путей в этом поле, первым просматривается каталог, путь к которому размещен вверху списка. Порядок поиска можно изменить или вообще удалить путь к какому-либо каталогу, для чего выделите каталог в поле MATLAB
search
path
и определите его положение при помощи следующих кнопок:
Move
to
Top
-
поместить вверх списка;
Move
Up
-
переместить вверх на одну позицию;
Remove
-
удалить из списка;
Move
Down
-
переместить вниз на одну позицию;
Move
to
Bottom
-
поместить вниз списка.
4. Команды для установки путей.
Действия по установке путей в MatLab 6.x дублируются командами. Текущий каталог устанавливается командой cd, например cd c:\users\igor. Команда cd, вызванная без аргумента, выводит путь к текущему каталогу. Для установки путей служит команда path, вызываемая с двумя аргументами:
path (path, "c:\users\igor") - добавляет каталог c:\users\igor с низшим приоритетом поиска;
path ("с: \users\igor",path) - добавляет каталог c:\users\igor с высшим приоритетом поиска.
Использование команды path без аргументов приводит к отображению на экране списка путей поиска. Удалить путь из списка можно при помощи команды rmpath:
rmpath ("с:\users\igor") удаляет путь к каталогу c:\users\igor из списка путей.
Замечание 3
Не удаляйте без необходимости пути к каталогам, особенно к тем, в назначении которых вы не уверены. Удаление может привести к тому, что часть функций, определенных в MatLab, станет недоступной.
Пример. Создайте в корневом каталоге диска D (или любом другом диске или каталоге, где студентам разрешено создавать свои каталоги) каталог со своей фамилией, например, WORK_IVANOV, и запишите туда М-файл mydemo.m под именем mydemo3.m. Установите пути к файлу и продемонстрируйте доступность файла из командной строки. Результаты приведите в отчете по лабораторной работе.
Вариант решения:
1. В корневом каталоге диска D
создается каталог WORK_IVANOV.
2. В каталог WORK_IVANOV записывается М-файл mydemo.m под именем mydemo3.m.
3. Открывается диалоговое окно Set
Path
меню File
рабочей среды MatLab.
4. Нажимается кнопка Add
Folder
и в появившемся диалоговом окне Browse
for
Path
выбирается каталог WORK_IVANOV.
5. Добавление каталога со всеми его подкаталогами осуществляется при нажатии на кнопку Add
with
Subfolders.
Путь к добавленному каталогу появляется в поле MATLAB
search
path.
6. Для запоминания пути нажимается клавиша Save
диалогового окна Set
Path.
7. Выполняется проверка правильности всех действий путем набора команды mydemo3 из командной строки. На экране появится графическое окно.
5. Файл-функции
Рассмотренные выше файл-программы являются последовательностью команд MatLab, они не имеют входных и выходных аргументов. Для использования численных методов и при программировании собственных приложений в MatLab необходимо уметь составлять файл-функции, которые производят необходимые действия с входными аргументами и возвращают результат в выходных аргументах. В этом подразделе разобрано несколько простых примеров, позволяющих понять работу с файл-функциями. Файл-функции, так же как и файл-процедуры, создаются в редакторе М-файлов.
5.1. Файл-функции с одним входным аргументом
Предположим, что в вычислениях часто необходимо использовать функцию
Имеет смысл один раз написать файл-функцию, а потом вызывать её всюду, где необходимо вычисление этой функции. Откройте в редакторе М-файлов новый файл и наберите текст листинга
function f = myfun(x)
f= ехр(-х)*sqrt((х^2+1)/(х^4+0.1));
Слово function в первой строке определяет, что данный файл содержит файл-функцию. Первая строка является заголовком функции, в которой размещается имя функции и списки входных и выходных аргументов. В примере, приведенном в листинге, имя функции myfun, один входной аргумент х и один выходной - f. После заголовка следует тело функции (оно в данном примере состоит из одной строки), где и вычисляется ее значение. Важно, что вычисленное значение записывается в f. Точка с запятой поставлена для предотвращения вывода лишней информации на экран.
Теперь сохраните файл в рабочем каталоге. Обратите внимание, что выбор пункта Save или Save as меню File приводит к появлению диалогового окна сохранения файла, в поле File name которого уже содержится название myfun. He изменяйте его, сохраните файл-функцию в файле с предложенным именем.
Теперь созданную функцию можно использовать так же, как и встроенные sin, cos и другие, например из командной строки:
» у =myfun(1.3)
У =
0.2600
Вызов собственных функций может осуществляться из файл-программы и из другой файл-функции.
Предупреждение
Каталог, в котором содержатся файл-функции, должен быть текущим, или путь к нему должен быть добавлен в пути поиска, иначе MatLab просто не найдет функцию, или вызовет вместо нее другую с тем же именем (если она находится в каталогах, доступных для поиска).
Файл-функция, приведенная в листинге, имеет один существенный недостаток. Попытка вычисления значений функции от массива приводит к ошибке, а не к массиву значений, как это происходит при вычислении встроенных функций.
» х = ;
» у = myfun(x)
??? Error using ==> ^
Matrix must be square.
Error in ==> C:\MATLABRll\work\myfun.m
On line 2 ==> f = exp(-x)*sqrt((х^2+1)/(х^4+1));
Если вы изучили работу с массивами, то устранение этого недостатка не вызовет затруднений. Необходимо просто при вычислении значения функции использовать поэлементные операции.
Измените тело функции, как указано в следующем листинге (не забудьте сохранить изменения в файле myfun.m).
function f = myfun(x)
f = ехр(-х).*sqrt((х.^2+1)./(х.^4+0.1));
Теперь аргументом функции myfun может быть как число, так и вектор или матрица значений, например:
» х = ;
» у = myfun(x)
У =
0.2600 0.0001
Переменная у, в которую записывается результат вызова функции myfun, автоматически становится вектором нужного размера.
Постройте график функции myfun на отрезке из командной строки или при помощи файл-программы:
x = ;
у = myfun(x);
plot(x, у)
MatLab предоставляет еще одну возможность работы с файл-функциями - использование их в качестве аргументов некоторых команд. Например, для построения графика служит специальная функция fplot, заменяющая последовательность команд, приведенную выше. При вызове fplot имя функции, график которой требуется построить, заключается в апострофы, пределы построения указываются в вектор-строке из двух элементов
fplot("myfun", )
Постройте графики myfun при помощи plot и fplot на одних осях, при помощи hold on. Обратите внимание, что график, построенный при помощи fplot, более точно отражает поведение функции, т. к. fplot сама подбирает шаг аргумента, уменьшая его на участках быстрого изменения отображаемой функции. Результаты приведите в отчете по лабораторной работе.
5.2. Файл-функции с несколькими входными аргументами
Написание файл-функций с несколькими входными аргументами практически не отличается от случая с одним аргументом. Все входные аргументы размещаются в списке через запятую. Например, следующий листинг содержит файл-функцию, вычисляющую длину радиус-вектора точки трехмерного пространства 
Листинг файл-функции с несколькими аргументами
function r = radius3(x, у, z)
r = sqrt(х.^2 + у.^2 + z.^2);
» R = radius3(1, 1, 1)
R =
1.732
Кроме функций с несколькими входными аргументами, MatLab позволяет создавать функции, возвращающие несколько значений, т.е. имеющие несколько выходных аргументов.
5.3. Файл-функции с несколькими выходными аргументами
Файл-функции с несколькими выходными аргументами удобны при вычислении функций, возвращающих несколько значений (в математике они называются вектор-функциями ). Выходные аргументы добавляются через запятую в список выходных аргументов, а сам список заключается в квадратные скобки. Хорошим примером является функция, переводящая время, заданное в секундах, в часы, минуты и секунды. Данная файл-функция приведена в следующем листинге.
Листинг функции перевода секунд в часы, минуты и секунды
function = hms(sec)
hour = floor(sec/3600);
minute = floor((sec-hour*3600)/60);
second = sec-hour*3600-minute*60;
При вызове файл-функций с несколькими выходными аргументами результат следует записывать в вектор соответствующей длины:
» [Н, М, S] = hms(10000)
H =
2
М =
46
S =
40
6. Основы программирования в MatLab
Файл-функции и файл программы, используемые в предыдущих подразделах, являются самыми простыми примерами программ, Все команды MatLab, содержащиеся в них, выполняются последовательно. Для решения многих более серьезных задач требуется писать программы, в которых действия выполняются циклически или в зависимости от некоторых условий выполняются различные части программ. Рассмотрим основные операторы, задающие последовательности выполнения команд MatLab. Операторы можно использовать как в файл-процедурах, так и в функциях, что позволяет создавать программы со сложной разветвленной структурой.
6.1. Оператор цикла for
Оператор предназначен для выполнения заданного числа повторяющихся действий. Самое простое использование оператора for осуществляется следующим образом:
for count = start:step:final
команды MatLab
end
Здесь count - переменная цикла, start - ее начальное значение, final - конечное значение, а step - шаг, на который увеличивается count при каждом следующем заходе в цикл. Цикл заканчивается, как только значение count становится больше final. Переменная цикла может принимать не только целые, но и вещественные значения любого знака. Разберем применение оператора цикла for на некоторых характерных примерах.
Пусть требуется вывести семейство кривых для , которое задано функцией, зависящей от параметра 
для значений параметра от -0.1 до 0.1.
Наберите текст файл-процедуры в редакторе М-файлов и сохраните в файле FORdem1.m, и запустите его на выполнение (из редактора М-файлов или из командной строки, набрав в ней команду FORdem1 и нажав
% файл-программа для построения семейства кривых
x = ;
for a = -0.1:0.02:0.1
y = exp(-a*x).*sin(x);
hold on
plot(x, y)
end
Замечание 4
Редактор М-файлов автоматически предлагает расположить операторы внутри цикла с отступом от левого края. Используйте эту возможность для удобства работы с текстом программы.
В результате выполнения FORdem1 появится графическое окно, которое содержит требуемое семейство кривых.
Напишите файл-программу для вычисления суммы
Алгоритм вычисления суммы использует накопление результата, т.е. сначала сумма равна нулю (S = 0), затем в переменную k заносится единица, вычисляется 1/k !, добавляется к S и результат снова заносится в S . Далее k увеличивается на единицу, и процесс продолжается, пока последним слагаемым не станет 1/10!. Файл-программа Fordem2, приведенная в следующем листинге, вычисляет искомую сумму.
Листинг файл-программы Fordem2 для вычисления суммы
% файл-программа для вычисления суммы
% 1/1!+1/2!+ … +1/10!
% Обнуление S для накопления суммы
S = 0;
% накопление суммы в цикле
for k = 1:10
S = S + 1/factorial(k);
End
% вывод результата в командное окно
S
Наберите файл-программу в редакторе М-файлов, сохраните её в текущем каталоге в файле Fordem2.m и выполните. Результат отобразится в командном окне, т.к. в последней строке файл-программы S содержится без точки с запятой для вывода значения переменной S
Обратите внимание, что остальные строки файл-программы, которые могли бы повлечь вывод на экран промежуточных значений, завершаются точкой с запятой для подавления вывода в командное окно.
Первые две строки с комментариями не случайно отделены пустой строкой от остального текста программы. Именно они выводятся на экран, когда пользователь при помощи команды help из командной строки получает информацию о том, что делает Fordem2
>> help Fordem2
файл-программа для вычисления суммы
1/1!+1/2!+ … +1/10!
При написании файл-программ и файл-функций не пренебрегайте комментариями!
Все переменные, использующиеся в файл-программе, становятся доступными в рабочей среде. Они являются, так называемыми, глобальными переменными. С другой стороны, в файл-программе могут использоваться все переменные, введенные в рабочей среде.
Рассмотрим задачу вычисления суммы, похожую на предыдущую, но зависящую от переменной x
Для вычисления данной суммы в файл-программе Fordem2 требуется изменить строку внутри цикла for на
S = S + x.^k/factorial(k);
Перед запуском программы следует определить переменную x в командной строке при помощи следующих команд:
>> x = 1.5;
>> Fordem2
S =
3.4817
В качестве x может быть вектор или матрица, так как в файл-программе Fordem2 при накоплении суммы использовались поэлементные операции.
Перед запуском Fordem2 нужно обязательно присвоить переменной x некоторое значение, а для вычисления суммы, например из пятнадцати слагаемых, придется внести изменения в текст файл-программы. Гораздо лучше написать универсальную файл-функцию, у которой в качестве входных аргументов будут значение x и верхнего предела суммы, а выходным - значение суммы S (x ). Файл-функция sumN приведена в следующем листинге.
Листинг файл-функции для вычисления суммы
function S = sumN(x, N)
% файл-функция для вычисления суммы
% x/1!+x^2/2!+ … +x^N/N!
% использование: S = sumN(x, N)
% обнуление S для накопления суммы
S = 0;
% накопление суммы в цикле
for m = 1:1:N
S = S + x.^m/factorial(m);
end
Об использовании функции sumN пользователь может узнать, набрав в командной строке help sumN. В командное окно выведутся первые три строки с комментариями, отделенные от текста файл-функции пустой строкой.
Обратите внимание, что переменные файл-функции не являются глобальными (m в файл-функции sumN). Попытка просмотра значения переменной m из командной строки приводит к сообщению о том, что m не определена. Если в рабочей среде имеется глобальная переменная с тем же именем, определенная из командной строки или в файл-программе, то она никак не связана с локальной переменной в файл-функции. Как правило, лучше оформлять собственные алгоритмы в виде файл-функций для того, чтобы переменные, используемые в алгоритме, не изменяли значения одноименных глобальных переменных рабочей среды.
Циклы for могут быть вложены друг в друга, при этом переменные вложенных циклов должны быть разными.
Цикл for оказывается полезным при выполнении повторяющихся похожих действий в том случае, когда их число заранее определено. Обойти это ограничение позволяет более гибкий цикл while.
6.2. Оператор цикла while
Рассмотрим пример на вычисление суммы, похожий на пример из предыдущего пункта. Требуется найти сумму ряда для заданного x
(разложение в ряд ):
.
Сумму можно накапливать до тех пор, пока слагаемые являются не слишком маленькими, скажем больше по модулю Циклом for здесь не обойтись, так как заранее неизвестно число слагаемых. Выход состоит в применении цикла while, который работает, пока выполняется условие цикла:
while условие цикла
команды MatLab
end
В данном примере условие цикла предусматривает, что текущее слагаемое больше . Для записи этого условия используется знак больше (>). Текст файл-функции mysin, вычисляющей сумму ряда, приведен в следующем листинге.
Листинг файл-функции mysin, вычисляющей синус разложением в ряд
function S = mysin(x) S = 0; Обратите внимание, что у цикла while, в отличие от for, нет переменной цикла, поэтому пришлось до начала цикла k присвоить нуль, а внутри цикла увеличивать k на единицу. Таблица 1. Операции отношения Задание более сложных условий производится с применением логических операторов. Например, условие состоит в одновременном выполнении двух неравенств и , и записывается при помощи логического оператора and and(x >= -1, x < 2) или эквивалентным образом с символом & (x >= -1) & (x < 2) Логические операторы и примеры их использования приведены в табл. 2. Таблица 2. Логические операторы Оператор Запись в MatLab Эквивалентная запись Логическое "И" and(x < 3, k == 4) (x < 3) & (k == 4) Логическое "ИЛИ" Or(x == 1,x == 2) (x == 1) | (x == 2) Отрицание "НЕ" При вычислении суммы бесконечного ряда имеет смысл ограничить число слагаемых. Если ряд расходится из-за того, что его члены не стремятся к нулю, то условие на малое значение текущего слагаемого может никогда не выполниться и программа зациклится. Выполните суммирование, добавив в условие цикла while файл-функции mysin ограничение на число слагаемых: while (abs(x.^(2*k+1)/factorial(2*k+1))>1.0e-10)&(k<=10000)) или в эквивалентной форме while and(abs(x.^(2*k+1)/factorial(2*k+1))>1.0e-10), k<=10000) Организация повторяющихся действий в виде циклов делает программу простой и понятной, однако часто требуется выполнить тот или иной блок команд в зависимости от некоторых условий, т.е. использовать ветвление алгоритма. Условный оператор if
позволяет создать разветвляющийся алгоритм выполнения команд, в котором при выполнении определенных условий работает соответствующий блок операторов или команд MatLab. Оператор if может применяться в простом виде для выполнения блока команд при удовлетворении некоторого условия или в конструкции if-elseif-else для написания разветвляющихся алгоритмов. if условие Если условие выполняется, то реализуются команды MatLab, размещенные между if и end, а если условие не выполняется, то происходит переход к командам, расположенным после end. При записи условия используются операции, приведенные в табл. 1. Файл-функция, проверяющая значение аргумента, приведена в следующем листинге. Команда warning служит для вывода предупреждения в командное окно. Листинг файл-функции Rfun, проверяющей значение аргумента function f = Rfun(x) % проверка аргумента Теперь вызов Rfun от аргумента, меньшего единицы, приведет к выводу в командное окно предупреждения: >> y = Rfun(0.2) Файл-функция Rfun только предупреждает о том, что ее значение комплексное, а все вычисления с ней продолжаются. Если же комплексный результат означает ошибку вычислений, то следует прекратить выполнение функции, используя команду error вместо warning. В общем случае применение оператора ветвления if-elseif-else выглядит следующим образом: if условие 1 В зависимости от выполнения того или иного из N
условий работает соответствующая ветвь программы, если не выполняется ни одно из N
условий, то реализуются команды MatLab, размещенные после else. После выполнения любой из ветвей происходит выход из оператора. Ветвей может быть сколько угодно или только две. В случае двух ветвей используется завершающее else, а elseif пропускается. Оператор должен всегда заканчиваться end. function ifdem(a) if (a == 0) Для осуществления множественного выбора или ветвления может применяться оператор switch.
Он является альтернативой оператору if-elseif-else. В общем случае применение оператора ветвления switch выглядит следующим образом: switch switch_выражение В данном операторе сначала вычисляется значение switch_выражения (это может быть скалярное числовое значение либо строка символов). Затем это значение сравнивается со значениями: значение 1, значение 2, …, значение N, значение N+1, значение N+2, …, значение NM+1, значение NM+2,… (которые также могут быть числовыми либо строковыми). Если найдено совпадение, то выполняются команды MatLab, стоящие после соответствующего ключевого слова case. В противном случае выполняются команды MatLab, расположенные между ключевыми словами otherwise и end. Строк с ключевым словом case может быть сколько угодно, но строка с ключевым словом otherwise должна быть одна. После выполнения какой-либо из ветвей происходит выход из switch, при этом значения, заданные в других case не проверяются. Применение switch поясняет следующий пример: function demswitch(x) >> x = -4 При организации циклических вычислений следует заботиться о том, чтобы внутри цикла не возникло ошибок. Например, пусть задан массив x, состоящий из целых чисел, и требуется сформировать новый массив y по правилу y(i) = x(i+1)/x(i). Очевидно, что задача может быть решена при помощи цикла for. Но если один из элементов исходного массива равен нулю, то при делении получится inf, и последующие вычисления могут оказаться бесполезными. Предотвратить эту ситуацию можно выходом из цикла, если текущее значение x(i) равно нулю. Следующий фрагмент программы демонстрирует использование оператора break для прерывания цикла: for x = 1:20 Как только переменная z принимает значение 0, цикл прерывается. Оператор break позволяет досрочно прервать выполнение циклов for и while. Вне этих циклов оператор break не работает. Если оператор break применяется во вложенном цикле, то он осуществляет выход только из внутреннего цикла. Недостатком рассмотренных функций save и load является то,
что они работают с определенными форматами файлов (обычно mat-файлы) и не
позволяют загружать или сохранять данные в других форматах. Между тем бывает
необходимость загружать информацию, например, из бинарных файлов, созданных
другими программными продуктами для дальнейшей обработки результатов в MatLab. С этой целью
были разработаны функции fwrite(<идентификатор файла>, <переменная>,
<тип данных>); <переменная>=fread(<идентификатор
файла>);
Здесь
<идентификатор файла> - это указатель на файл, с которым предполагается
работать. Чтобы получить идентификатор, используется функция <идентификатор файла> = fopen(<имя файла>,<режим
работы>); где
параметр <режим работы> может принимать значения, приведенные в табл.
5.1. Таблица
5.1. Режимы работы с файлами в MatLab параметр
<режим работы> описание запись
(стирает предыдущее содержимое файла) добавление
(создает файл, если его нет) чтение
и запись (не создает файл, если его нет) чтение
и запись (очищает прежнее содержимое или создает файл, если его нет) чтение
и добавление (создает файл, если его нет) дополнительный
параметр, означающий работу с бинарными файлами, например, ‘wb’, ‘rb’ ‘rb+’, ‘ab’ и т.п. Если функция fopen() по каким-либо
причинам не может корректно открыть файл, то она возвращает значение -1. Ниже
представлен фрагмент программы записи и считывания данных из бинарного файла: A = ;
fid = fopen("my_file.dat", "wb"); % открытие файла на запись
fwrite(fid, A, "double"); % запись матрицы в файл (40 байт)
fid = fopen("my_file.dat", "rb"); % открытие файла на чтение
B = fread(fid, 5, "double"); % чтение 5 значений double
В результате работы данной программы в
рабочем каталоге будет создан файл my_file.dat размером 40
байт, в котором будут содержаться 5 значений типа double, записанных в
виде последовательности байт (по 8 байт на каждое значение). Функция fread() считывает последовательно
сохраненные байты и автоматически преобразовывает их к типу double, т.е. каждые 8
байт интерпретируются как одно значение типа double. В приведенном примере явно указывалось
число элементов (пять) для считывания из файла. Однако часто общее количество
элементов бывает наперед неизвестным, либо оно меняется в процессе работы
программы. В этом случае было бы лучше считывать данные из файла до тех пор,
пока не будет достигнут его конец. В MatLab существует
функция для проверки достижения конца файла feof(<идентификатор файла>) которая
возвращает 1 при достижении конца файла и 0 в других случаях. Перепишем
программу для считывания произвольного числа элементов типа double из входного
файла. fid = fopen("my_file.dat", "rb"); % открытие файла
на чтение
B=0; %
инициализация переменной
В данной программе динамически
формируется вектор-строка по мере считывания элементов из входного файла. MatLab автоматически
увеличивает размерность векторов, если индекс следующего элемента на 1 больше
максимального. Однако на такую процедуру тратится много машинного времени и
программа начинает работать заметно медленнее, чем если бы размерность вектора B с самого начала
была определена равным 5 элементам, например, так Следует также отметить, что функция fread() записана с
двумя выходными параметрами V и N. Первый
параметр содержит значение считанного элемента, а второй – число считанных
элементов. В данном случае значение N будет равно 1 каждый раз при
корректном считывании информации из файла, и 0 при считывании служебного
символа EOF, означающий
конец файла. Приведенная ниже проверка позволяет корректно сформировать вектор
значений B. С помощью функций fwrite() и fread() можно
сохранять и строковые данные. Например, пусть дана строка str = "Hello MatLab"; fwrite(fid, str, "int16"); Здесь
используется тип int16, т.к. при работе с русскими буквами система MatLab использует
двухбайтовое представление каждого символа. Ниже представлена программа записи
и чтения строковых данных, используя функции fwrite() и fread(): fid = fopen("my_file.dat",
"wb");
str="Привет MatLab"; %
строка для записи
fid = fopen("my_file.dat",
"rb");
B=""; %
инициализация строки
Результат
выполнения программы будет иметь вид Самой частой причиной проблем с раскрытием файла MATLAB является просто отсутствие соответствующих приложений, установленных на Вашем компьютере. В таком случае достаточно найти, скачать и установить приложение, обслуживающее файлы в формате MATLAB - такие программы доступны ниже. Введите расширение файла Необходимо учесть, что некоторые закодированные данные из файлов, которые наш компьютер не читает, иногда можно просмотреть в Блокноте. Таким образом мы прочитаем фрагменты текста или числа - Стоит проверить, действует ли этот метод также в случае файлов MATLAB. Часто установленное приложение должно автоматически связаться с файлом MATLAB. Если это не произошло, то файл MATLAB успешно можно связать вручную с ново установленным приложением. Достаточно нажать правой кнопкой мышки на файл MATLAB, а затем среди доступных выбрать опцию "Выбрать программу по умолчанию". Затем необходимо выбрать опцию "Просмотреть" и отыскать избранное приложение. Введенные изменения необходимо утвердить с помощью опции "OK". Проблемы с файлами MATLAB могут иметь также другую почву. Иногда даже установление на компьютере программного обеспечения, обслуживающего файлы MATLAB не решит проблему. Причиной невозможности открытия, а также работы с файлом MATLAB может быть также: Несоответственные связи файла MATLAB в записях реестра Устранение этих проблем должно привести к свободному открытию и работе с файлами MATLAB. В случае, если компьютер по-прежнему имеет проблемы с файлами, необходимо воспользоваться помощью эксперта, который установит точную причину. В стандартных установках системы Windows пользователь компьютера не видит расширения файлов MATLAB. Это успешно можно изменить в настройках. Достаточно войти в "Панель управления" и выбрать "Вид и персонализация". Затем необходимо войти в "Опции папок", и открыть "Вид". В закладке "Вид" находится опция "Укрыть расширения известных типов файлов" - необходимо выбрать эту опцию и подтвердить операцию нажатием кнопки "OK". В этот момент расширения всех файлов, в том числе MATLAB должны появится сортированные по названию файла.
% Вычисление синуса разложением в ряд
% Использование: y = mysin(x), -pi
k = 0;
while abs(x.^(2*k+1)/factorial(2*k+1))>1.0e-10
S = S + (-1)^k*x.^(2*k+1)/factorial(2*k+1);
k = k + 1;
end
Условие цикла while может содержать не только знак >. Для задания условия выполнения цикла допустимы также другие операции отношения, приведенные в табл. 1.
6.3. Условный оператор if
Пусть требуется вычислить выражение . Предположим, что вычисления выполняются в области действительных чисел и требуется вывести предупреждение о том, что результат является комплексным числом. Перед вычислением функции следует произвести проверку значения аргумента x, и вывести в командное окно предупреждение, если модуль x не превосходит единицы. Здесь необходимо применение условного оператора if, применение которого в самом простом случае выглядит так:
команды MatLab
end
% вычисляет sqrt(x^2-1)
% выводит предупреждение, если результат комплексный
% использование y = Rfun(x)
if abs(x)<1
warning("результат комплексный")
end
% вычисление функции
f = sqrt(x^2-1);
результат комплексный
y =
0 + 0.97979589711327i6.4. Оператор ветвления if-elseif-else
команды MatLab
elseif условие 2
команды MatLab
elseif условие 3
команды MatLab
. . . . . . . . . . .
elseif условие N
команды MatLab
else
команды MatLab
end
Пример использования оператора if-elseif-else приведен в следующем листинге.
% пример использования оператора if-elseif-else
warning("а равно нулю")
elseif a == 1
warning("а равно единице")
elseif a == 2
warning("а равно двум")
elseif a >= 3
warning("а, больше или равно трем")
else
warning("а меньше трех, и не равно нулю, единице, двум")
end6.5. Оператор ветвления switch
case значение 1
команды MatLab
case значение 2
команды MatLab
. . . . . . . . . . .
case значение N
команды MatLab
case {значение N+1, значение N+2, …}
команды MatLab
. . . . . . . . . . . .
case {значение NM+1, значение NM+2,…}
otherwise
команды MatLab
end
a = 10/5 + x
switch a
case -1
warning("a = -1")
case 0
warning("a = 0")
case 1
warning("a = 1")
case {2, 3, 4}
warning("a равно 2 или 3 или 4")
otherwise
warning("a не равно -1, 0, 1, 2, 3, 4")
end
demswitch(x)
a =
1
warning: a = 1
>> x = 1
demswitch(x)
a =
6
warning: a не равно -1, 0, 1, 2, 3, 46.6. Оператор прерывания цикла break
z = x-8;
if z==0
break
end
y = x/z
end
<переменная>=fread(<идентификатор файла>,
<размер>);
<переменная>=fread(<идентификатор файла>,
<размер>, <точность>);
error("File
is not opened");
end
fclose(fid); % закрытие файла
if fid == -1 % проверка корректности открытия
error("File is not opened");
end
disp(B); %
отображение на экране
fclose(fid); %
закрытие файла
if fid == -1
end
cnt=1; %
инициализация счетчика
while ~feof(fid) % цикл, пока не
достигнут конец файла
= fread(fid, 1, "double"); %считывание одного
% значения double (V содержит значение
% элемента, N – число считанных
элементов)
if N > 0 % если элемент был прочитан успешно, то
B(cnt)=V; %
формируем вектор-строку из значений V
cnt=cnt+1; % увеличиваем счетчик на 1
end
end
disp(B); % отображение
результата на экран
fclose(fid); % закрытие файла
if fid == -1
error("File is not
opened");
end
fwrite(fid, str, "int16"); %
запись в файл
fclose(fid);
if fid == -1
error("File is not
opened");
end
cnt=1;
while ~feof(fid)
= fread(fid, 1,
"int16=>char"); % чтение текущего
%
символа и преобразование
%
его в тип char
if N > 0
B(cnt)=V;
cnt=cnt+1;
end
end
disp(B); %
отображение строки на экране
fclose(fid);Поисковая система
Помощь
Подсказка
Что сделать, если приложение со списка уже было установлено?
Программы, открывающие файл MATLAB
Windows
Почему я не могу открыть файл MATLAB?
- повреждение файла MATLAB, который мы открываем
- инфицирование файла MATLAB (вирусы)
- слишком маленький ресурс компьютера
- неактуальные драйверы
- устранение расширения MATLAB из реестра системы Windows
- незавершенная установка программы, обслуживающей расширение MATLABМой компьютер не показывает расширений файлов, что сделать?
