Strings. Daten aus Dateien einlesen und in Dateien speichern.

Transkript

1 Strings. Daten aus Dateien einlesen und in Dateien speichern. Strings Ein String ist eine Zeichenkette, welche von MATLAB nicht als Programmcode interpretiert wird. Der Ausdruck 'a' ist ein String bestehend aus einem Zeichen, während a (also ohne die einfachen Anführungszeichen) für eine Variable mit dem Namen a steht. Strings sind immer von einfachen Anführungszeichen umgeben und sind uns bereits mehrfach im Laufe des Praktikums begegnet, z.b. beim Plotten von Datensätzen. >> nachricht = 'Hallo, ich bin ein String.' nachricht = Hallo, ich bin ein String. Ohne die Anführungszeichen versucht MATLAB die Zeichen als normalen Programmcode zu interpretieren, was natürlich meist schief geht: >> nachricht = Hallo, ich bin ein String. Undefined function or variable 'Hallo '. Hier ist die Fehlermeldung nur so zu verstehen, dass MATLAB versucht hat, die Zeichenkette soweit wie möglich als Programmcode zu interpretieren. Da wir nachricht als Zeichenkette definieren wollten, ist die Lösung des Problems natürlich das Einfügen der Anführungszeichen und nicht das Definieren eines Objekts mit dem Namen Hallo. Innerhalb der Anführungszeichen können wir beliebige Zeichen verwenden. Die einzige Ausnahme bildet das einfache Anführungszeichen selbst: >> 'Er sagte 'Hallo '.' 'Er sagte 'Hallo '.' Error: Unexpected MATLAB expression. 1

2 MATLAB interpretiert das Anführungszeichen des Zitats als Marker für das Ende der Zeichenkette und nicht als Teil der Zeichenkette, daher der Fehler. Um trotzdem einfache Anführungszeichen verwenden zu können, müssen wir zwei einfache Anführungszeichen 1 verwenden: >> 'Er sagte ''Hallo ''.' Er sagte 'Hallo '. Wie Strings gespeichert werden Wie alles auf dem Computer werden auch Zeichenketten als Zahlen dargestellt. Die Zuordnung von Zeichen zu Zahlen wird Kodierung genannt. Im Laufe der Zeit haben sich viele verschiedene Kodierungen entwickelt, welche unterschiedlich viele Zeichen darstellen können. Eine der ersten Kodierungen war ASCII (für American Standard Code for Information Interchange). Diese Kodierungen verwendet für jedes Zeichen 7 Bit, kann also 2 7 Zeichen darstellen. So besitzt das Zeichen A die Darstellung A = ( ) 2, was im Dezimalsystem der Zahl 65 entspricht und a = ( ) 2 = Die 127 Zahlen in ASCII sind nur für die Zeichen auf der amerikanischen Tastatur ausreichend, deutsche Umlaute sind z.b. nicht Teil von ASCII. Mittlerweile haben sich andere Kodierungen wie UTF-8 durchgesetzt, welche zwischen einem und vier Bytes pro Zeichen verwendet und daher deutlich mehr Zeichen darstellen kann. Mit Hilfe der Funktion double() können wir uns den Dezimalwert eines Zeichens explizit ausgeben lassen. Dies geht natürlich auch für ganze Zeichenketten: >> double('a') 65 >> double('a') 97 >> double('hallo ') Die char()-funktion ist das Inverse von double(): Sie konvertiert Zahlen in Zeichenketten. 1 Zwei einfache Anführungszeichen sind kein doppeltes Anführungszeichen. 2

3 >> char (65) A >> char (97) a >> char ([ ]) Hallo Wollen wir eine Zahl wie 2014 in die Zeichenkette '2014' umwandeln, so können wir die Funktion num2str() verwenden. 2 >> x = 2014 x = 2014 >> x_als_string = num2str(x) x_als_string = 2014 Zusammenfügen von Strings Man kann wie wir schon gesehen haben auch Variablen erzeugen, die Strings enthalten. Mit diesen sind dann auch einige schon bekannte Operationen möglich. So lassen sich zwei Strings zum Beispiel zusammenfügen: >> x = 'Max '; >> y = ' Mustermann '; >> name = [x y] name = Max Mustermann Man beachte, dass das Leerzeichen in der Ausgabe von dem Leerzeichen am Ende der Variable x stammt und nicht automatisch eingefügt wird. 2 Die char()-funktion ist hier nicht die richtige Wahl, da diese ein einzelnes Zeichen zum Zahlencode 2014 sucht. 3

4 Arbeiten mit.txt Dateien im ASCII Format Bei physikalischen Messungen werden in der Regel eine ganze Reihe an Messwertpaaren erzeugt. Diese alle per Hand in eine MATLAB Tabelle zu schreiben, ist aus zwei Gründen nicht sinnvoll: Zum einen birgt das Abtippen die Gefahr von Tippfehlern durch den Anwender und zum anderen sind die Datenmengen meist schlichtweg zu groß, um sie in MAT- LAB einzugeben. In solchen Situationen bietet MATLAB eine schnelle Lösung dadurch, dass man einfach die Dateien mit den Messwerten einliest. Dafür bietet MATLAB verschiedene Funktionen u.a. load(). Für das Schreiben in eine Datei besitzt MATLAB die Funktion save(). Einlesen via load()-funktion Gegeben sei eine Datei mit Messwertpaaren x und y, welche in einer.txt - Datei namens mydatafile gespeichert sind (Endungen für das Dateiformat.txt werden unter Linux nicht explizit angezeigt). Die Datei hat den folgenden Inhalt, wobei die erste Spalte den x-werten und zweite Spalte den y-werten entsprechen. Inhalt: mydatafile Diese Werte wollen wir nun in MATLAB verwenden, ohne sie jedoch explizit eintippen zu müssen. MATLAB bietet dazu die Funktion load(). Diese bekommt als Parameter den Dateinamen der einzulesenden Datei als String übergeben. Um kenntlich zu machen, dass es sich um einen String handelt gibt man den Namen der Datei in einfachen Anführungszeichen an. Wir rufen die load() Funktion nun im Command Window auf (natürlich kann man diese auch ein einem Skript oder einer eigenen Funktion aufrufen). >> load(' mydatafile ') Sollten Sie hier die Fehlermeldung Error using load Unable to read file mydatafile: No such file or directory. 4

5 bekommen, so liegt das daran, dass die Datei mydatafile nicht in ihrem Current Folder liegt sondern irgendwo auf dem Rechner. MATLAB findet die Datei dann nicht wechseln Sie daher den Current Folder auf den Ordner in dem die einzulesende Datei liegt. Die Funktion sollte nun ohne Fehlermeldung aufgerufen werden (es sei denn, Sie haben den Dateinamen falsch eingeben), doch komischerweise scheint MATLAB jetzt nichts zu machen - zumindest im Command Window tut sich nichts. Doch schauen Sie mal in das Workspace - Fenster. Dort ist nun eine Variable namens mydatafile angelegt worden. Sinnvoller Weise gibt MATLAB nämlich die eingelesenen Daten nicht standardmäßig mit ans im Command Window aus. Dies ist auch der Fall wenn kein Semikolon hinter der load() Funktion gesetzt wird und dies ist gut so - man stelle sich vor man liest eine Datei mit Wertepaaren ein - dies würde das Command Window doch arg mit Daten fluten. Wollen wir uns die gelesenen Daten nun im Command Window anzeigen lassen, so können wir dies entweder tun in dem wir jetzt schlichtweg mydatafile ohne Semikolon in das Command Window eingeben oder von vorneherein den Rückgabe-Wert der load Funktion an eine Variable, z.b. der Variablen A, übergeben und am Ende der Eingabe kein Semicolon setzen. In letzterem Fall wird dann nicht mehr extra eine Variable mit dem Namen mydatafile erzeugt sondern das Ergebnis direkt in der Variablen A gespeichert. >> mydatafile mydatafile = >> A = load(' mydatafile ') A = Wie wir wissen behandelt MATLAB alle Zahlenwerte als Matrizen und so ist es auch mit den eingelesenen Werten, diese werden intern in ei- 5

6 ner 6x2 Matrix mit Einträgen vom Typ double gespeichert, wie man auch im Workspace Fenster sehen kann. Schreiben via save() Funktion Das Speichern geht analog zum Einlesen von Dateien, nur dass anstatt load jetzt die Funktion save() benutzt wird. Wir nehmen an, wir haben die folgende Eingabe im Command Window gemacht. >> x= 1:3 x = >> y = 1:2:5 y = Den Inhalt dieser Variablen wollen wir nun nacheinander in einer Textdatei speichern. Zuerst speichern wir die Variable x in der Datei myvariables. >> save('myvariables ', 'x', '-ascii ') Der erste Parameter der Funktion gibt den Dateinamen an in dem der nachfolgende Inhalt gespeichert werden soll. Existiert diese Datei noch nicht, so wird sie automatisch erstellt. Als nächstes folgt der Name der Variablen als String und zum Schluss das Darstellungsformat der Zeichen (hier -ascii), welches dafür sorgt, dass die Variable in einer.txt Datei gespeichert wird. Benutzt man den save()-befehl ohne Angabe von Variablen, schreibt also >> save('myvariables ', '-ascii ') so werden alle Variablen, die sich im Workspace befinden in der Datei myvariable gespeichert (hier also x und y). Das Weglassen der Dateiendung -ascii >> save('myvariables ', 'x') bewirkt, dass die Datei in dem MATLAB spezifischen Dateiformat.mat gespeichert wird. Mit der load()-funktion kann man aus diesen Dateien dann wieder explizit bestimmte Variablen auslesen (für weitere Informationen diesbezüglich konsultieren Sie den MATLAB help Befehl). In der Datei myvariables befinden sich nun die Werte der Variablen x, in der folgenden Form 6

7 e e e +00 Nun wollen wir noch die Werte der Variablen für y hinzufügen. Ein erneuter Aufruf der Form >> save('myvariables ', 'y', '-ascii ') führt jedoch dazu, dass der vorherige Dateiinhalt, d.h. die Werte der Variablen x, einfach überschrieben werden. Der Dateiinhalt ist jetzt e e e +00 Um die Werte von y wirklich hinzuzufügen, ohne die Werte von x zu verlieren müssen wir der save() Funktion sagen, dass die Werte von y wirklich an die Werte von x angehängt werden. Dies tun wir indem wir der Funktion zusätzlich den Parameter '-append' übergeben. >> save('myvariable ', 'x', '-ascii ') >> save('myvariable ', 'y', '-ascii ', '-append ') In der Datei myvariables stehen nun die folgenden Werte Aufgabe e e e e e e Nutzen Sie die load() Funktion um die Datei super_string.txt, die sich auf der Praktikumshomepage befindet, einzulesen. 2. Die Einträge des eingelesenen Vektors sind eine ASCII-Code Nachricht. Machen Sie die Nachricht mit char() lesbar. 3. Informieren Sie sich über den Caesar-Chiffre auf Wikipedia. 4. Auf der Homepage befindet sich eine Datei safe_char_shift.m, welche für einen Vektor von Zahlencodes den Shift im Caesar-Chiffre durchführt (nach links oder rechts). Machen Sie sich mit der Funktion und ihren beiden Parametern vertraut. 5. Entschlüsseln Sie mit dieser Funktion die, ebenfalls auf der Homepage vorhandene, Datei caesar.txt, welche um drei Zeichen nach links verschlüsselt wurde. 7