Anwendungssoftware III (MATLAB)

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1 Anwendungssoftware III (MATLAB) VII und von Daten Michael Liedlgruber Fachbereich Computerwissenschaften Universität Salzburg Sommersemester 2014 M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

2 und von Daten Wir haben bereits gesehen, dass man in MATLAB relativ einfach Daten in Dateien schreiben und wieder lesen kann. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit dem ieren und ieren von verschiedenen Datentypen, darunter zum Beispiel: MATLAB M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

3 für einen Das ieren von Daten in MATLAB kann eine sehr komplizierte Angelegenheit sein. Dies hängt sehr stark von den zu importierenden Daten ab. Beherzigt man folgende Ratschläge, wird es auf jeden Fall etwas leichter, Daten in MATLAB zu importieren: eine zu importierende Datei sollte nur Zahlen beinhalten (bis auf Spaltenbezeichner in der ersten Zeile). um Daten vor einem zu manipulieren, sollte ein anderes Programm (z.b. MS Excel, OpenOffice, LibreOffice) verwendet werden. die Daten sollten nur Werte für eine Variable pro Spalte beinhalten. um Datumswerte zu importieren, sollten diese vor dem in ein numerisches Format umgewandelt werden (Vermeidung von Konvertierungproblemen bei Daten). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

4 importieren Der einfachste Weg, Daten auf robuste Art und Weise in MATLAB zu importieren, ist der von. Dazu müssen in Excel ein paar Punkte beachtet werden: nur eine Variable pro Spalte Spaltenbeschriftungen verwenden (werden dann als Variablennamen verwendet) nur Zahlen verwenden (speziell bei Datumswerten) Um Datumswerte in Zahlen umzuwandeln geht man in Excel wie folgt vor (in OpenOffice und LibreOffice funktioniert dies ähnlich): 1. Datumswerte auswählen 2. Rechtsklick auf die Auswahl 3. Im Kontextmenü Format wählen 4. Beim Format auf Zahl umstellen M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

5 importieren über den Wizard importieren Der von ist in MATLAB am einfachsten über den Workspace Browser (Button Data ) zu bewerkstelligen. Alternativ kann der auch über den Current Directory Browser erfolgen: 1. in das Verzeichnis wechseln, welches die Excel-Datei beinhaltet 2. Rechtsklick auf die Excel-Datei 3. im Menü Data... wählen In beiden Fällen, erscheint nach der Dateiauswahl der Wizard. Im Folgenden importieren wir eine Excel-Datei (temperatures.xls), welche einen fiktiven Temperaturverlauf für den Jänner 2012 beinhaltet. Dazu haben wir folgende Spalten: Datum (bereits in eine Zahl konvertiert) Mittlere Tagestemperatur Tagestiefstwerte Tageshöchstwerte M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

6 importieren Wichtig: um die einzelnen Spalten als einzelne Variablen zu importieren (Vektoren), muss die entsprechende Option im Dialog ausgewählt werden. Nach erfolgreichem sehen wir die Variablen im Workspace Browser. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

7 importieren Abschließend müssen wir nun noch die Datumswerte korrigieren. MATLAB und Excel interpretieren Datumswerte unterschiedlich: MATLAB: Anzahl der Tage seit dem 1. Jänner 0000 Excel: Anzahl der Tage seit dem 1. Jänner 1900 Daher müssen wir die Datumswerte noch korrigieren. Dazu addieren wir den 31. Dezember 1899 zu den importierten Datumswerten in Date (mit Hilfe der Funktion datenum): Date = Date + datenum( 30DEC1899 ); Hinweis: da die Angabe der Tage beidatenum bei 0 startet, geben wir30 statt 31 ein. Um die korrigierten Zahlenwerte als Datumswerte auszugeben, gibt es die MATLAB-Funktion datestr: >> datestr(date(1)) ans = 01-Jan-2012 % Korrektur erfolgreich! M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

8 importieren von über die Kommandozeile Alternativ zum Wizard, kann man auch den Befehl xlsread verwenden, um einzulesen. Für unsere Testdatei temperatures.xls: data = xlsread( temperatures.xls ); Dieses Kommando liest den Inhalt des ersten Tabellenblattes in die Matrix data. Um ein Arbeitsblatt mit dem Namen Arbeitsblattname einzulesen, gibt man folgendes ein: data = xlsread( temperatures.xls, Arbeitsblattname ); Für xlsread gibt es noch zahlreiche Optionen (z.b. bereich wählen oder Arbeitsblatt wählen). Eine ausführliche Beschreibung dieser Möglichkeiten ist in der MATLAB-Hilfe zu finden (doc xlsread). Zusätzliche Informationen zu einer Excel-Datei (z.b. Namen von Arbeitsmappen) können mit Hilfe des Kommandos xlsfinfo ausgegeben werden (siehe doc xlsfinfo). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

9 importieren (Comma Separated Values) sind, welche Werte enthalten, die durch ein bestimmtes Spaltentrennzeichen getrennt sind (üblicherweise, oder;). Die Temperaturdaten aus Excel könnten im CSV-Format zum Beispiel wie folgt aussehen: 40909,1.1, , ,-3.2, , ,-3.1, , ,0.1, , Hinweis: für einen von in MATLAB, muss als Dezimaltrennzeichen immer ein Punkt verwendet werden. Um eine CSV-Datei in MATLAB zu importieren gibt es wieder zwei Möglichkeiten: über den Wizard über den Befehlcsvread M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

10 importieren einer CSV-Datei mit dem Wizard Die Auswahl der CSV-Datei funktioniert wie beim von. Im -Wizard kann man das gewünschte Trennzeichen angeben: Ist alles korrekt eingestellt, kann man nach einem Klick auf Next, den Namen der Variable(n) angeben, in welche die Daten importiert werden sollen. Enthält die CSV-Datei Spaltenbeschriftungen, kann automatisch für jede Spalte ein Vektor angelegt werden. Ansonsten wird eine Matrix erzeugt. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

11 importieren einer CSV-Datei mit csvread Mit dem Befehl csvread können von der Konsole aus importiert werden. Wichtig Im Gegensatz zum Wizard wird in diesem Fall ein Beistrich als Spaltentrennzeichen vorausgesetzt. Zudem darf die CSV-Datei keine Spaltenbeschriftungen enthalten. Die Datei temperature.csv wird folgenderweise importiert: >> A = csvread( temperatures.csv ); Will man den bei einer bestimmten Zelle (Position) starten, erreicht man dies mittels: >> A = csvread( temperatures.csv, 4, 3); In diesem Beispiel beginnt der mit der 5. Zeile und der 4. Spalte (Indizes starten bei 0!). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

12 importieren Zudem kann man auch einen Bereich angeben, welcher importiert werden soll. Zum Beispiel: >> A = csvread( temperatures.csv, 0, 2, [ ]); In diesem Beispiel werden die 3. und 4. Spalte und die 1. Zeile bis zur 8. Zeile importiert (Indizes wieder 0-basierend). Der zweite und der dritte Parameter (Startzelle) sollten dabei dem Startpunkt des angegebenen Bereichs entsprechen (in unserem Beispiel [0 2]). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

13 importieren Liegen Daten in einer Textdatei vor, kann der auch mit Hilfe des Kommandos textread erfolgen: >> A = textread( temperatures.txt ); Dieses Kommando liest den Inhalt der Datei in die MatrixAein. Das Format der Textdatei sollte dabei so einfach wie möglich gehalten werden (in unserem Beispiel wurde ein Leerzeichen als Spaltentrenner benutzt): Das Kommando textread unterstützt aber noch viele andere Formate (über eine Formatanweisung). Nähere Informationen dazu findet man in der MATLAB-Hilfedoc textread. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

14 MATLAB importieren MATLAB hat auch ein eigenes Dateiformat um Daten zu speichern (). beinhalten sowohl den Namen als auch den Wert von Variablen. Es ist daher nicht notwendig, beim Laden eines einen Variablennamen anzugeben. Geladen wird ein mat-file mit dem Befehl load. Das folgende Beispiel lädt die Datei test.mat und erstellt alle darin enthaltenen Variablen im Workspace: >> load test.mat Sind in der zu ladenden Datei z.b. die VariablenX,YundZenthalten, kann man auch nur bestimmte Variablen laden. Zum Beispiel: >> load test.mat Y Z Diese Anweisung erstellt nur die VariablenYundZaus der Dateitest.mat im Workspace. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

15 importieren MATLAB bietet auch Funktionen, um zu laden. Dabei unterstützt MATLAB verschiedene Dateiformate, z.b. JPEG, PNG, BMP und TIFF. Will man ein Bild laden, verwendet man dazu den Befehlimread (Bild wird in eine Matrix geladen): >> I = imread( lena.jpg ); % bild laden >> imshow(i); % bild anzeigen Das Ergebnis ist folgende Figure: imshow ist einer von mehreren MATLAB-Befehlen, um ein Bild anzuzeigen (siehe doc imagesc, doc image und doc imshow). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

16 importieren Um nähere Informationen zu einer Bilddatei zu erhalten, verwendet man in MATLAB den Befehl imfinfo: >> imfinfo( lena.jpg ) ans = Filename: lena.jpg FileModDate: 23-Feb :22:26 FileSize: Format: jpg FormatVersion: Width: 512 Height: 512 BitDepth: 24 ColorType: truecolor FormatSignature: NumberOfSamples: 3 CodingMethod: Huffman CodingProcess: Sequential Comment: {} M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

17 exportieren Viele der Dateiformate, welche MATLAB importieren kann, können in MATLAB auch exportiert werden. Wir haben gesehen, dass man mit dem Kommando xlsread einlesen kann. Um bestehende Daten in eine Excel-Datei zu exportieren, verwendet man den Befehl xlswrite. >> A = rand(100, 100); >> xlswrite( random.xls, A); Wie bei xlsread, gibt es auch bei xlswrite diverse Optionen. Eine ausführliche Beschreibung dieser Möglichkeiten ist in der MATLAB-Hilfe zu finden (doc xlswrite). Wichtig: xlswrite funktioniert nur unter Windows (mit einer Excel-Installation). Ist kein Excel installiert oder verwendet man Linux, versucht MATLAB, eine CSV-Datei zu erzeugen. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

18 exportieren Auch für gibt es ein Gegenstück zur Funktion csvread nämlich die Funktion csvwrite. Das folgende Beispiel zeigt, wie man Daten in eine CSV-Datei exportiert: >> A = rand(100, 100); >> csvwrite( random.csv, A); Auszug aus der resultierenden Datei: , , , , , , , , , , Zu beachten: die Spalten sind immer durch ein Komma getrennt. es ist nur eine Präzision von fünf Nachkommastellen möglich (für mehr Präzision siehe doc dlmwrite). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

19 MATLAB exportieren Natürlich kann man auch Daten in ein mat-file speichern. Dazu wird der Befehl save verwendet. Dabei gilt zu beachten, dass das Kommando save standardmäßig den kompletten Workspace in die angegebene Datei speichert: >> A = rand(100, 100); >> B = rand(100, 100); >> save test.mat Die Dateitest.mat enthält nun die VariablenAundB. Will man nur bestimmte Variablen speichern, muss man zusätzlich den Namen der zu speichernden Variable angeben. Zum Beispiel: >> A = rand(100, 100); >> B = rand(100, 100); >> C = rand(100, 100); >> save test.mat A C M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

20 MATLAB exportieren sind üblicherweise binäre Dateien. Will man die Daten als Textdatei speichern, kann man dies zusätzlich als Option bei save angeben (-ascii). >> A = rand(100, 100); >> B = rand(100, 100); >> save test.mat B -ascii -double Die resultierende Datei ist nun eine Textdatei (die Spalten sind durch Tabulatoren getrennt). Wichtig: will man eine solche Textdatei mittels load wieder laden, muss man MATLAB mitteilen, dass die Datei nicht binär ist: >> load test.mat -ascii M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21

21 exportieren Um in MATLAB zu speichern, gibt es den Befehl imwrite. >> X = peaks(256)*30; >> imwrite(uint8(abs(x)), peaks.png, png ); Der erste Parameter gibt die Variable an, welche als Bild gespeichert werden soll (eine Matrix). Der dritte Parameter gibt das Dateiformat für das Bild an. Das Ergebnis ist folgendes Graustufenbild: Informationen zu weiteren Parametern und Optionen bei imwrite sind in der MATLAB-Hilfe zu finden (doc imwrite). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 21