Anwendungssoftware III (MATLAB)

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1 Anwendungssoftware III (MATLAB) Testvorbereitung Michael Liedlgruber Fachbereich Computerwissenschaften Universität Salzburg Sommersemester 2014 M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

2 CSV Dateien CSV Dateien Wir wissen bereits: für die Arbeit mit CSV Dateien gibt es folgende Kommandos: Kommando Lesen Schreiben csvread csvwrite dlmread dlmwrite Bemerkungen: csvread undcsvwrite nur Beistrich als Spaltentrenner möglich keine Formatierungsmöglichkeiten beschränkte Präzision bei exportierten Werten (short format) dlmread unddlmwrite Präzision einstellbar Spaltentrenner konfigurierbar Fazit: es empfiehlt sich,dlmread unddlmwrite zu verwenden. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

3 CSV Dateien CSV Dateien Verwendung (schreiben von Daten): A = rand(3, 3); dlmwrite( test.txt, A); Verwendung (lesen von Daten): A = dlmread( test.txt ); Nachteil von Kommandos für CSV-Dateien in MATLAB: es können nur Zahlen verarbeitet werden. Daher muss man oft auf andere Kommandos zurückgreifen (z.b.fprintf, fwrite,...). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

4 Dateien erstellen Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Wir haben bereits zusätzliche Kommandos kennengelernt, mit welchen man aus Dateien lesen und in Dateien schreiben kann. Der Ablauf zum Schreiben: fh = fopen( test.txt, wt ); % wb bei binären Dateien... Schreibkommandos (z.b. fprintf)... fclose(fh); Der Ablauf zum Lesen ist ähnlich: fh = fopen( test.txt, rt ); % rb bei binären Dateien... Lesekommandos (z.b. fscanf)... fclose(fh); M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

5 Häufige Fehler Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Folgende Fehler werden in diesem Zusammenhang gerne gemacht (auch in Assignments): Vergessen des Dateiverweises Der Dateiverweis (in diesem Fallfh) muss bei allen Schreib-/Lesekommandos verwendet werden. Ansonsten bearbeitet MATLAB nicht die gewünschte Datei. Falscher Öffnungsmodus (binär vs. text) Die Öffnungsmodi können zwar prinzipiell gemischt werden. Das sollte man aber vermeiden (da muss man genau wissen, was man macht). Dateiname bzw. Öffnungsmodus nicht als String übergeben Dateiname und Öffnungsmodus müssen immer als String übergeben werden. fh = fopen(assignment4a.txt, wt); % ergibt Fehler fh = fopen( assignment4a.txt, wt ); % richtig M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

6 Beispiel (text) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) % Öffnen der Datei pers.txt für das Schreiben von % Textdaten. fh = fopen( pers.txt, wt ); % fh beinhaltet nun einen Verweis auf pers.txt. D.h., wenn % wir fh bei einem Dateizugriff verwenden, weiß MATLAB, dass % wir damit die Datei pers.txt meinen. % Schreiben von Daten in pers.txt fprintf(fh, %s %s %f\n, Max, Mustermann, 33); fprintf(fh, %s %s %f\n, Manfred, Most, 13); fprintf(fh, %s %s %f\n, Aschen, Puttel, 563); % Schließen der Datei (um Datenverlust zu vermeiden) fclose(fh); Die Dateipers.txt beinhaltet nun folgende Daten: Max Mustermann Manfred Most Aschen Puttel M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

7 Beispiel (text) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Wollen wir nur Zahlen (z.b. den Inhalt einer Matrix) in eine Datei schreiben, kann das wie folgt bewerkstelligt werden. % Öffnen der Datei test.txt. fh = fopen( test.txt, wt ); % eine Testmatrix (2x3) A = [1 2 3; 4 5 6]; % Schreiben von A in test.txt fprintf(fh, %f %f\n, A); % Die erste Spalte von A wird zur ersten Zeile in % der Datei. Die zweite Spalte zur zweiten Zeile, usw. % Schließen der Datei (um Datenverlust zu vermeiden) fclose(fh); Die Dateitest.txt beinhaltet nun folgende Daten: M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

8 Beispiel (text) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Wichtig: wollen wir Daten aus einer Textdatei wieder auslesen, sollte der Befehlfscanf nur verwendet werden um Zahlen einzulesen. Alles andere artet in Arbeit aus (da gibt es bessere Alternativen, z.b.textscan). % Öffnen der Datei pers.txt. fh = fopen( pers.txt, rt ); % alles einlesen (mit Format-String, wie beim % Schreiben verwendet) C = textscan(fh, %s %s %f\n ); % C ist nun ein Cell-Array, welches in der ersten % Spalte die Daten aus der ersten Spalte in der % Datei enthält. Die zweite Spalte von C enthält % die zweite Spalte aus der Datei, usw. % Schließen der Datei fclose(fh); M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

9 Beispiel (binär) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) % Öffnen der Datei test.dat für das Schreiben von % Binärdaten. fh = fopen( test.dat, wb ); % fh beinhaltet wieder den Verweis auf test.dat. D.h., wenn % wir fh bei einem Dateizugriff verwenden, weiß MATLAB, dass % wir damit die Datei test.dat meinen. A = rand(100, 100); % Zufallsmatrix 100x100 % Schreiben von A in test.dat (keine Schleife notwendig) fwrite(fh, A, float64 ); % Datentyp float64 % Der Datentyp muss nicht angegeben werden. Es wird % aber empfohlen, damit wir die volle Kontrolle % über die geschriebenen Daten haben. % Schließen der Datei (um Datenverlust zu vermeiden) fclose(fh); Hinweis: Die Dateitest.dat enthält nun unsere Daten. Wir können uns die Daten aber nicht mit einem Texteditor ansehen (zumindest nicht, um die Daten zu lesen). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

10 Beispiel (binär) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Wollen wir mehrere Variablen in eine binäre Datei schreiben, funktioniert das natürlich auch. % Öffnen der Datei test.dat fh = fopen( test.dat, wb ); % zwei Matrizen A = rand(100, 10); B = rand(5, 7); % Schreiben der Daten in die Datei fwrite(fh, A, float64 ); fwrite(fh, B, float64 ); % Schließen der Datei (um Datenverlust zu vermeiden) fclose(fh); Die Dateitest.dat enthält nun die Daten aus den MatrizenAundB. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

11 Beispiel (binär) Genereller Ablauf Beispiel (text) Beispiel (binär) Um die Variablen wieder mitfread einlesen zu können, muss nun bei jedem Aufruf vonfread die Anzahl der Elemente (oder einfach die Größe der erwarteten Matrix) angegeben werden. % Öffnen der Datei test.dat fh = fopen( test.dat, rb ); % Lesen der Matrizen aus der Datei A1 = fread(fh, [100 10], float64 ); B1 = fread(fh, [5 7], float64 ); % Schließen der Datei fclose(fh); A1 undb1 enthalten nun wieder unsere Matrizen aus dem vorherigen Beispiel. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

12 Beispiele In der Vorlesung haben wir zwei Verzweigungen kennengelernt: if-anweisung für alle möglichen Verzweigungen (einfach und komplex) switch-anweisung für einfache Verzweigungen (Fallunterscheidungen) M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

13 Beispiele Beispiele Einfache Fälle: wenn wir z.b. zwei Variablen miteinander vergleichen wollen. a = 3; b = 4; if a < b % Ergebnis ist ein logical % da 3<4 gilt, wird dieser Zweig abgearbeitet disp( a kleiner b ); else disp( a größer oder gleich b ); end Wie wir wissen, funktioniert dies auch bei Vektoren oder Matrizen: X = [1 4 2]; Y = [4 1 3]; if X < Y % Ergebnis ist ein logischer Vektor disp( X immer kleiner als Y ); else disp( X nicht immer kleiner als Y ); end Wichtig: der Vergleich muss für alle Elemente der verglichenen Matrizen/Vektoren erfüllt sein. Ansonsten wird der andere Zweig abgearbeitet. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

14 Beispiele Beispiele Kombination von logischen Ausdrücken Im vorherigen Beispiel haben wir nur einen logischen Ausdruck verwendet. Wie wir wissen, können wir aber logische Ausdrücke kombinieren. a = 3; b = 4; c = 5; d = 1/0; if a < b && b < c % da 3<4 UND 4<5 gilt, wird dieser Block abgearbeitet... end if a > b b > c % da WEDER 3>4 NOCH 4>5 gilt, wird % dieser Block nicht abgearbeitet... end if isinf(d) isnan(d) % da d (1/0) Inf ist, wird dieser Block abgearbeitet... end M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

15 Beispiele Beispiele Manchmal ist es eleganter, dieswitch-anweisung zu verwenden (ist aber nicht immer möglich). a = 3; switch a case 1... case 2... case 3 % a == 3, daher wird dieser Block ausgeführt... end Aber: es ist z.b. nicht (elegant) möglich, mit einerswitch-anweisung zu prüfen, ob eine Variable größer als eine andere ist. Es gilt also: dieswitch-anweisung ist dann praktisch, wenn es nur Fälle gibt, welche mit dem Gleichheitsoperator geprüft werden können. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

16 Beispiele Wir wissen bereits: werden verwendet, um einen Programmblock wiederholt auszuführen. Dabei gibt es in MATLAB zwei : for-schleife verwenden wir, wenn wir wissen, wie viele Schleifendurchläufe wir benötigen. while-schleife kann immer verwendet werden. Aber am sinnvollsten, wenn wir nicht wissen, wie oft ein Programmblock ausgeführt werden muss (z.b. aufgrund von logischen Bedingungen). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

17 Beispiele Beispiele Beispiel: wir haben einen Vektorxund wollen ermitteln, wieviele Elemente ausx kleiner 0 sind: x = randn(1, 100); c = 0; for i=1:length(x) if x(i) < 0 c = c+1; end end In diesem Fall wissen wir, dass wir nur eine bestimmte Anzahl von Durchläufen benötigen (Länge vonx). Also verwenden wir einefor-schleife. Kleiner Hinweis: die elegantere Lösung wäre hier natürlich c = sum(x<0); M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

18 Beispiele Beispiele Beispiel: der Benutzer soll mittelsinput Zahlen eingeben. Wieder sollen die Zahlen kleiner 0 gezählt werden. Zudem soll die Schleife abgebrochen werden, wenn der Benutzer 0 eingibt: c = 0; wert = -1; while wert ~=0 wert = input( Zahl: ); if wert < 0 c = c+1; end end Da wir nicht wissen, wann der Benutzer 0 eingibt, wissen wir auch nicht, wie oft die Schleife durchlaufen werden muss. Daher verwenden wir hier die while-schleife. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

19 Beispiele Wir wissen: mit Hilfe von Function-Files können wir den Funktionsumfang von MATLAB durch eigene Funktionen erweitern. Üblicherweise übergibt man einer Funktion Werte, dann werden Berechnungen durchgeführt. Das Ergebnis wird dann mittels Ausgabeparametern zurückgegeben (EVA-Prinzip: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe). Zu beachten: Function-File muss gleich heißen, wie die Funktion (mit Endung.m ). Im Gegensatz zu Skript-Files kann eine Funktion einen oder mehrere Eingabeparameter haben einen oder mehrere Ausgabeparameter haben Eingabeparameter müssen in runden Klammern angegeben werden (durch Beistrich getrennt). Bei mehreren Ausgabeparametern, müssen diese in eckigen Klammern angegeben werden (durch Beistrich getrennt). Ausgabeparameter müssen in Funktion mit Wert belegt werden. Ansonsten gibt die Funktion nichts zurück (häufiger Fehler bei Assignments). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

20 Beispiele Beispiele Folgende Funktion fun1.m berechnet die Quadratzahlen für eine Matrix, welche als Eingabeparameter angegeben wird: function result = fun1(x) % X ist Eingabeparameter % Berechnung durchführen squares = X.^2; % Ergebnis in Ausgabeparameter speichern result = squares; Hinweis: das Ergebnis der Berechnung muss unbedingt der Ausgabevariable zugewiesen werden. Eine Ausgabe mittelsdisp (wie oft in Assignments gesehen) hilft hier überhaupt nichts. Diverses: Parameter dürfen einen beliebigen Namen haben (solange gültig) Funktionen sollten immer wieder während der Entwicklung getestet werden (durch Aufruf im Command-Window). Es muss immer darauf geachtet werden, dass sich das Function-File im Pfad von MATLAB befindet (sonst wird die Funktion nicht gefunden und kann nicht aufgerufen werden). M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

21 Beispiele Beispiele Folgende Funktion fun2.m berechnet die Spaltensummen und Zeilensummen für das elementweise Produkt zweier Matrizen (wir haben nun also zwei Eingabeparameter und zwei Ausgabeparameter): function [rowsums, colsums] = fun2(x, Y) % Berechnung durchführen matrixproduct = X.*Y; % Ergebnis in Ausgabeparameter speichern rowsums = sum(matrixproduct, 2); colsums = sum(matrixproduct, 1); Hinweis: es sollten immer Variablennamen verwendet werden, welche nicht zu lange, aber dennoch aussagekräftig sind (erhöht Lesbarkeit und erleichtert Fehlersuche). function [a, b] = fun2(c, d) e = c.*d; a = sum(e, 2); b = sum(e, 1); Nicht so gut lesbar (bzw. nachvollziehbar). Gerade bei komplexeren Programmen ein Problem. M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

22 Function Functions Beispiel Wir wissen: sind Verweise auf Funktionen. Hat man also ein Function Handle definiert und ruft dieses auf, wird die dahinterliegende Funktion ausgeführt. Es gibt: Verweise auf existierende Funktionen diese basieren auf existierenden Funktionen. Anonyme Funktionen die Funktionsdeklaration erfolgt im Zuge der Definition des. Wir wissen auch: derartige Verweise werden mit Hilfe erzeugt: handle % Verweis auf existierende Funktion handle Funktion % anonyme Funktion M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

23 Function Functions Function Functions Beispiel Ein großer Vorteil von ist die Verwendung im Zusammenhang mit Function Functions (Funktionen, welche als Parameter annehmen). Beispiel: wir wollen eine Funktion schreiben, welche auf einem gegebenen Vektor eine trigonometrische Funktion ausführt (Sinus, Kosinus oder Tangens). Die Funktion soll dann auf Basis des Ergebnisses einen Plot erstellen. Eine Lösung: function trigonometricplot(x, funname) switch funname case sin values = sin(x); case cos values = cos(x); case tan values = tan(x); end plot(x, values); M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24

24 Function Functions Function Functions Beispiel Nachteil: für jede weitere unterstützte trigonometrische Funktion, muss die Funktion trigonometricplot entsprechend erweitert werden. Bessere Lösung: Function Functions function trigonometricplot(x, fun) values = fun(x); plot(x, values); Beispielaufrufe: >> % sinus plotten >> % kosinus plotten fun ist in dieser Lösung also ein Function Handle. DatrigonometricPlot nun akzeptiert, muss sie nicht mehr erweitert werden, wenn neue Funktionen unterstützt werden sollen. Sogar das funktioniert nun! >> x.^2); % quadratzahlen plot >> % quadratwurzeln plotten M. Liedlgruber Anwendungssoftware III (MATLAB) SS / 24