助力国赛 | 第1弹 数据的读入与写入

杨利霞

助力国赛 | 第1弹 数据的读入与写入
前言

全国大学生数学建模（CUMCM）已经成为了大学生参赛规模最大的科技竞赛盛事，而MATLAB作为当前最优秀的数学软件之一，在数学建模中的使用是十分的广泛的。在距离2018国赛还有一个多月之前，小编决定写MATLAB在数学建模中的应用这样一个系列为各位参赛朋友助力，内容还是很丰富的。
% Y6 ^  p! U, m% p4 ~: v7 o不过在此之前，先要简单的说明几点。其一，由于MATLAB基本操作系列还没有更完（主要是小编比较“懒”），按这个系列来的朋友可能还不知道MATLAB的基本操作与语法等，但这都是无关紧要的事情因为MATLAB真的很容易上手，那就默认各位MATLAB的基本操作都会了。其二，小编准备把这个系列的重点放在一些智能算法上，毕竟在都使用常规方法的比赛大军中，如果能合理使用一些智能算法来求解问题是会让人眼前一亮的，但我们还是先从常规的处理数据的方法介绍起。其三，最好修过高数、线性代数和概率论与数理统计相关课程，如果你还学过数值计算和运筹学等课程，那就太好了，因为我们会重点介绍里面函数的使用，至于里面包含的数学原理会提及到但不会详细说明。
% A2 p6 ^3 S8 E最好祝各位，身体健康，建模愉快。

• 计划安排
• Excel与MATLAB的数据交互
• 记事本与MATLAB的数据交互
  - p1 W1 d! y7 T( T* D/ u

计划安排

先说一下，个人对数学建模的理解，首先这是一个比赛，最后提交的是一篇论文，所以负责写作的同学任重而道远，建议使用LaTeX，Word用过的人都知道那就不吐槽了。当然写作是需要东西的，稍微胡扯点是可以的，但通篇胡扯就有点说不过去了，更何况这是科技论文，所以负责编程和建模的同学就得努力了。编程和建模是分不开的，也是不能分开的，你说你建了一个十分漂亮的模型像花一样，但解不出来，在我看来一点价值都没有，你说你各种算法了如于心，一上来就是什么BP啊，遗传啊，支持向量机啊，但一看到题就不知道怎么办了，那就不知道这是“真懂”啊还是“自己懂”啊。这是一个系统的工程，是需要相互帮助的，互相配合的。合作中有分工，分工中有合作，这样子多好啊，何必有要去破坏呢？
扯远了，话归正题。计划是先从常规的方法入手，这主要包括数据的拟合和插值问题、规划问题（这是一个很重要的模型，要好好去研究研究）还包括部分的数据可视化操作，再之进入灰色预测，然后会迎来我们的重头戏——智能算法。智能算法主要包括，人工神经网络、遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法。然后会介绍其他比较有用方法，这主要包括小波分析和计算机模拟。大概安排就是这样，如果有所变动，以后再说。
本文主要介绍，如何在MATLAB上进行数据的读入与读出，因为这是我们进行数据分析的第一步。数据处理是数学建模的基础，我们是通过分析数据来得出结论和获得信息的。从数学建模的角度来看，将数据反映出来的信息转化成数学表达式是建模的基础，通常对数据处理做的其实就是趋势分析或者将其转化为函数表达式。在这些方面由于MATLAB包多，处理起来就十分的方面了。

Excel与MATLAB的数据交互

Excel表格是比较常用的数据储存软件，在数模中提供的数据往往就是Excel格式的，如何将其读入MATLAB中往往就成了数据分析的第一步。其实可以通过，一个一个的输入或者复制粘贴，但这样往往耗时较多且无法保证数据的准确传播，谁没有手“斗”一下的时候呢？接下来将会介绍如何在Excel中获取MATLAB中的数据，或者在MATLAB中获取Excel的数据。
4 m" j% N5 S1 I) t7 w7 A# RMATLAB中的Excel Link工具是一个实现与Excel进行交互的插件。通过Excel Link工具，用户可以在Excel工作区和MATLAB工作区之间进行数据交换，也可以在Excel中调用MATLAB的函数。
+ X) }! V. c0 I7 q

安装

Excel Link的安装是在MATLAB安装过程中，随其它组件一起安装。安装完成后，还需要在Excel中进行一些设置和才能使用。

设置

选 Excel “文件”菜单的 “选项”菜单项，打开“Excel选项”对话框。
在“Excel选项”对话框中，选左边栏的“加载项”， 然后单击右边面板下部的“转到”按钮，弹出 “加载宏”对话框。

4 t1 K9 Q* e3 n, H; j

在“加载宏”对话框中，单击“浏览”按钮，打开文件“浏览”对话框。

在文件“浏览”对话框，选MATLAB的安装文件夹的子文件夹toolbox\exlink。在文件夹exlink中选excllink.xlam文件，单击“确定”按钮返回。

; {+ w5 U! b6 o: e: Q

“加载宏”对话框的“可用加载宏”列表中多了一个“Spreadsheet Link 3.2.5 for use with MATLAB and Excel”选项。选中该项，返回Excel窗口。

MATLAB命令组

加载Spreadsheet Link 后，在Excel窗口“开始”选项卡中多了一个MATLAB命令组。命令组中包含的一组命令项，分别用于实现启动MATLAB、导入和导出数据、调用MATLAB函数等。
% |& W6 {  @/ G, j4 D+ K; }

将Excel表格中的数据导出到MATLAB工作空间

文件“data0.xlsx”，将其中的A~D列的数据导出MATLAB工作区，存入变量data0。

namestypesxyanswerSallyType13.145YesTomType12.520NoJoyType30.511NoLilyType22.180Uncertain

操作步骤:
3 K2 ~3 V. E. O: h4 T①在Excel中选中5列，单击 “开始”选项卡工具栏“MATLAB”按钮，从下拉列表中选“Send data to MATLAB” 命令。
6 |0 y  a7 t; y9 J

②在弹出的对话框中填入变量名data0，单击“确定”按钮完成导出操作。

7 `; j6 ?2 w$ ^) S" ]/ ]

因为选中的各列数据类型不同，所以data0为cell数组。

然后就可以进行下一步操作了。

2 D% B8 D/ ]/ L( t! g从MATLAB工作空间导入数据到Excel表格中

在Excel表单选中要导入数据的起始单元格，单击 “MATLAB”按钮，从下拉列表中选“Get data from MATLAB” 命令，在弹出的对话框中输入MATLAB变量名，单击“确定”按钮完成导入操作。

在Excel中调用MATLAB函数进行运算

例如：调用MATLAB的magic函数在Excel中生成6阶魔方矩阵。
# C, D1 u$ F- h- ~0 Z9 ]( U" Q- ?（1）选择函数
5 ~' ~! _5 {* \, V

4 C: w( |8 i& g) Q" ~# S9 W/ E; x# X

（2）设置参数

从MATLAB中导入图片到Excel

需要先在MATLAB绘制出图片，然后选择相应命令。
0 A/ u$ j8 U* g9 f

* y( U# q7 D; e0 G

当然上面的方法很方便进行MATLAB和Excel的数据交互，但是我们有时候需要在MATLAB代码中读取Excel上的数据，就需要用到另外一个函数了。

6 |) q# N; T. M5 s# s; N4 Q# sMATLAB读取Excel上的数据

1.使用函数xlsread读取单个文件
" W* Z& I6 ^! v(1)num=xlsread(filename)
filename是单引号括起来的带路径的文件名，函数直接读取filename所指文件的sheet1中的数据区域存储到双精度矩阵num中；其中，数据区域的选取规则是：对表格前几个含有非数值的行（列）直接忽略，不算入数据区域；另外如果在数据区域中含有非数值的单元，将其处理为nan。
+ Z, I; c  J( i/ e  A! G+ T(2)num = xlsread(filename, -1)
: j% u1 i: C: H) F! l: x输入后matlab将会打开相应的exel文件，用鼠标选择需要导入的数据区域，可以切换到想要的sheet。
(3)num = xlsread(filename, sheet)
3 S' F& Y' F4 h1 x) A其中sheet用来指定读入excel文件的第几个sheet，此时的sheet取值大于1的整数。
( a# u2 @' W5 T! a4 y(4)num = xlsread(filename,sheet, 'range')
其中range指定一个矩形的区域，用单引号括起来；例如：'D2:H4'代表以D2和H4为对角定点的矩形域;
注意当excel中有合并单元格时，任何一个合并前的单元格的名字（比如D1）都会指代整个合并后的单元格，而将整个单元格读入，所以为了避免麻烦，尽量避免在需要读入的表格中合并单元格。
由于比较简单，在此就不再演示了。

记事本与MATLAB的数据交互

在MATLAB中可以读取存入记事本中的数据，也可以将MATLAB中的数据保存在记事本中，以便后续操作。

MATLAB读取记事本中的数据

当记事本中全是数据时，可以使用load函数,其调用格式如下：

load(filename)

其中filename是被单引号包括的文件的名字和扩展名，运行此函数后会把记事本中的数据按矩阵的形式导入到名为filename的变量中。
但是当记事本中的数据结构变得复杂时，既有数据类型又有字符类型时，就不能使用load函数了，可以考虑使用‘textread’函数，调用方式如下：

[A,B,C] = textread(filename,format,N)
2 g/ l  v& f- y

其中，A,B,C，...为每一列数据将要保存的变量名；format为读取格式；N为读取次数。
0 i" G2 C& X6 V  e/ a常见的读取格式有：

format由%加上格式符组成，常见的数值格式控制符如下：

• '%d'：整数。
• '%f'：小数形式的实数。
• '%e'：科学计数法形式的实数。
• '%c'：字符。
• '%s'：字符串。
  

- p: m3 A2 a7 _8 R3 b

在%之后还可以加上数据宽度,例如%3d，%10.3f。
看如下一个例子：
数据类型如下：

) ~# U( K, f# b& v# K

MATLAB读取该test.txt文件:

) e0 u5 S$ a; @( d; @& ?+ [ >> [name,type,x,y,answer] = textread('test.txt','%s Type %n %f %n %s',2)  name =    2×1 cell 数组      'Sally'     'Tom' type =     1     1x =    3.1000    2.5000y =    45    20answer =  2×1 cell 数组    'Yes'    'No'
* }9 d$ w* P' }5 \% M

在该程序中最后一个参数2表示读取两行数据。
在MATLAB中，还有一个函数fscanf可以读取记事本中的文件，功能十分的强大，如果感兴趣可以进行百度或者Help帮助。

将MATLAB数据写入记事本中

如何写入数据？用save函数，调用格式如下：

save file obj1 obj2.....

将个变量obj1,obj2.....存入文件file中（是.mat格式）。如果我们想保存为.txt格式，可以考虑使用函数‘fprintf’。看如下一个例子：

fid = fopen('tp.txt','wt'); fprintf(fid,'This is the database of class 1.\n'); name = 'Sally';types = 1;x = 3.1; y = 45;answer = 'Yes'; fprintf(fid,'%s Type %u %f %u %s \n',name,types,x,y,answer); name = 'Tom';types = 1;x = 2.5; y = 20;answer = 'No'; fprintf(fid,'%s Type %u %f %u %s \n',name,types,x,y,answer); name = 'Joy';types = 3;x = 0.51; y = 1;answer = 'No'; fprintf(fid,'%s Type %u %f %u %s \n',name,types,x,y,answer); name = 'Lily';types = 2;x = 2.1; y = 80;answer = 'Uncertain';fprintf(fid,'%s Type %u %f %u %s \n',name,types,x,y,answer);fclose(fid);
0 [2 z; b! @( r9 t/ |2 {

运行结果如下：
4 n' C$ T2 C9 d# c+ @

在程序中第一句是打开一个文件，返回一个指标fid，第二句就是在文件中写入一句话，然后后面就是不断追加，如此而已，还是十分简单的。

& l! A: B. ^+ b5 z6 Y6 e. ?

1 g$ M: D& g, g
! j$ z6 w6 j: }

编辑不易，欢迎推广

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