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Python与Matlab混合编程案例

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前言

因为项目需要,需要批处理很多Matlab的.m文件,从每个文件中提取结果合并到一个文件中。 很明显,如果手工统计,几百个文件会累死的。 因此立即想到了Python在批处理方面的优势,因此就在网上找了相关资料,实现了想要的功能,这里简单记录一下。

一、环境准备

首先电脑上要有Matlab,而且不能太老,比如Matlab 7.0可能就不行。 在电脑Matlab的安装目录下,依次找到MATLAB\R2015b\extern\engines\python,例如我电脑上的路径是D:\Program Files\MATLAB\R2015b\extern\engines\python。 在这个目录下有个setup.py。在命令行中安装这个脚本,正常就可以成功了。

然后就可以在Python中import了,这个包的名字就叫”matlab”。

二、简单示例

下面的代码简单演示了在Python中调用了Matlab的sqrt()函数并返回结果。说明了调用的主要步骤,同时加入了计时的代码,记录每个过程的耗时。


   
  1. # coding=utf-8
  2. import matlab.engine
  3. import time
  4. # 第一步,初始化Matlab的Runtime
  5. t1 = time.time()
  6. eng = matlab.engine.start_matlab()
  7. t2 = time.time()
  8. # 第二步,调用Matlab函数
  9. res1 = eng.sqrt( 16.0)
  10. t3 = time.time()
  11. res2 = eng. abs(- 8.6)
  12. t4 = time.time()
  13. # 第三步,退出Runtime
  14. eng.quit()
  15. t5 = time.time()
  16. print type(res1), res1
  17. print type(res2), res2
  18. print "Initial time", t2 - t1
  19. print "Running time1", t3 - t2
  20. print "Running time2", t4 - t3
  21. print "Quit time", t5 - t4

可以看到,程序输出了和在Matlab中调用函数一样的格式ans=…。同时可以发现,与C# & Matlab混合编程类似,程序运行最耗时的就是Runtime的初始化。 不同的运算耗时的差别与初始化耗时相比可以忽略不计。同时Runtime只要初始化一次,第二次调用函数时就不需要再初始化了。这些都和C#的接口是一样的。

三、更复杂的示例

很明显,我们好不容易用Python调Matlab肯定不是想简单做个开方、取绝对值的运算的,要不然直接Python就可以实现,何必杀鸡焉用牛刀。 比如调用我们自己编写的.m文件中的函数等等。下

1.调用.m文件

首先新建一个m文件,并起名为triangle.m,用于计算三角形面积。如下。

并且将这个m文件放在py文件同一路径下,然后在Python中可以这样调用。


   
  1. # coding=utf-8
  2. import matlab.engine
  3. eng = matlab.engine.start_matlab()
  4. eng.triangle(nargout= 0)
  5. eng.quit()

结果如下。

控制台中像Matlab一样输出了结果。 但有几点需要注意。首先nargout=0的含义是表示返回值为空。尽管控制台打印出了结果,但并不会返回给Python。 如果没有这个参数,程序会报错。同时m文件必须和脚本文件在同一目录下才能运行。而eng后面的内容就是m文件的名字。

2.调用自定义函数

把之前的m文件少做修改,编程Matlab函数,如下。

Python调用代码如下:


   
  1. # coding=utf-8
  2. import matlab.engine
  3. eng = matlab.engine.start_matlab()
  4. ans = eng.triangle( 2.3, 9.1)
  5. print ans
  6. eng.quit()

这里用变量ans接收了返回值,下一步就可以继续用于其它操作了。 这里也有需要注意的地方。需要记住的是eng后面的依然是m文件的名字而不是函数的名字。 这里就涉及到Matlab中函数的命名规范问题了。一般情况下函数名与m文件名保持一致。 但如果不一致,在Python中经过测试也可以,但最好保持一致。

对于多返回值函数,可以在Matlab中组成一个矩阵,直接返回这个矩阵,然后在Python中再解析。 或者指定返回值个数。

不过需要注意的是,例如Matlab返回了一个a = [[1 2 3]]的矩阵,但直接获取a[0]是错的。因为Matlab返回的是一个二维矩阵,所以矩阵其实是1×3。 所以应该按照行列的方式读取,写成a[0][0]。

在Python中创建Matlab矩阵也很简单。代码如下:


   
  1. # coding=utf-8
  2. import matlab.engine
  3. A = matlab.int8([ 1, 2, 3, 4, 5])
  4. print type(A), A.size, A

输出结果如下:

3.绘图测试

代码如下。


   
  1. #coding=utf-8
  2. import matlab.engine
  3. def plot_test( eng):
  4. eng.workspace[ 'data'] = \
  5. eng.randi(matlab.double([ 1, 100]), matlab.double([ 30, 2]))
  6. eng. eval( "plot(data(:,1),'ro-')")
  7. eng.hold( 'on', nargout= 0)
  8. eng. eval( "plot(data(:,2),'bx--')")
  9. eng = matlab.engine.start_matlab()
  10. plot_test(eng)
  11. # 需要让程序在这暂停,类似于C++里的system('pause'),不然Figure一闪而过
  12. # 按任意键退出
  13. raw_input()
  14. eng.quit()

运行结果如下。

首先,对于一些简单的命令,如max、min、power、sqrt等,我们直接可以eng.xxx()来完成。 但对于如绘图等稍微复杂的命令,我们就可以使用eng.eval()函数来完成。 其中参数是我们拼接的需要执行的字符串,如“plot(data(:,1),’ro-‘)”等。这样程序在运行时就会调用Matlab执行这一行语句。 所以其实同理,我们完全可以把之前的例子写成eng.eval("sqrt(16.0)",nargout=0),控制台会输出结果4。 或者全部用eval()函数来写Matlab命令,不与Python进行数据交互,只是调用Matlab。 在使用eval()时需要注意返回值的问题。如果没有返回值,别忘了加上一句nargout=0

以上只是很少一部分混合编程的相关知识,只是项目中用到的部分。其实还有很多东西可以学习,更多有关Python Matlab混合编程的说明可以参考官方文档。 看到网上还有一种Matlab的调用方式,直接pip install mlab,然后直接import mlab就可以了,但是没有尝试,因此这里不多介绍了。

三、项目相关

最后简单说一下项目相关的东西。项目中的需求是,有很多.m文件分布在许多文件夹中,需要获取到某一路径下的全部m文件。 然后获取m文件中矩阵的相关统计值。最后再将各个m文件的统计结果汇总在一个m文件中。 因此使用了Python的os模块遍历文件夹,获取所有m文件的路径,然后根据指定的规则对m文件进行重写,并输出成新的m文件放在脚本目录下。 最后通过Python调用Matlab运行m脚本,输出结果到Python中,Python集中汇总输出。

这里的关键点之一是由于各个m文件的文件名是不同的,因此eng.xxx()是没有办法在运行前写死的。 必须根据读取的文件名动态生成Python语句然后运行。这对于传统编译型语言可能很难实现,但对Python解释型语言很容易实现。 在Python中有exec()函数可以实现这个需求,其中参数是需要执行的代码字符串。 项目部分代码如下:


   
  1. def joinCode( new_names):
  2. codes = []
  3. for item in new_names:
  4. codes.append( "res = eng." + item + "()")
  5. return codes
  6. def execMatlab( codes, exs, ex2s, eys, ey2s):
  7. eng = matlab.engine.start_matlab()
  8. for code in codes:
  9. exec code
  10. exs.append(res[ 0][ 0])
  11. ex2s.append(res[ 0][ 1])
  12. eys.append(res[ 0][ 2])
  13. ey2s.append(res[ 0][ 3])
  14. eng.quit()

项目中首先调用joinCode()函数根据new_names列表动态生成代码字符串存放在codes中。 然后调用execMatlab()函数依次执行每条语句。这里的res看似并没有在代码中定义,而且在IDE中确实也会报错,说未定义。 但是其实它是在动态执行的代码中定义的,因此执行时是不会报错的。

顺带提一下,在Python中,执行系统命令调用的是os.system()函数。参数就是需要执行的代码。 而且这个函数对于Windows和Linux都适用,是跨平台的。类似于os.walk()等内置函数,都是抽象后的与系统无关的函数。 下面的代码是用于执行动态系统代码的例子:


   
  1. def exeCMD( cmds):
  2. for i in range(cmds.__len__()):
  3. print "\n---------------------------------------------------------------------"
  4. print "Executing:", cmds[i]
  5. os.system(cmds[i])
  6. print "---------------------------------------------------------------------\n"
  7. print "**********", ((i + 1) * 1.0 / len(cmds)) * 100, "% finished.**********"
  8. print "**********100 % finished.**********"

最后,可以import platform包,可以获取系统类型。如下函数是判断当前是什么系统,从而自动决定是使用哪种路径分隔符。


   
  1. def getOSType():
  2. sysstr = platform.system()
  3. if (sysstr == "Windows"):
  4. separator = "\\"
  5. elif (sysstr == "Linux"):
  6. separator = "/"
  7. return separator

转载:https://blog.csdn.net/u010329292/article/details/128755400
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