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python 与 matlab 混编

简介: 用于 Python 的 MATLAB 引擎 API 快速入门 安装用于 Python 的 MATLAB 引擎 API Matlab的官方文档中介绍了 Matlab 与其余编程语言之间的引擎接口,其中包括对于 Python 开放的引擎 API,可参考官方教程,其中包括引擎安装,基本使用,以及Python与Matlab之间的数据类型转换及交互。

用于 Python 的 MATLAB 引擎 API 快速入门

安装用于 Python 的 MATLAB 引擎 API

Matlab的官方文档中介绍了 Matlab 与其余编程语言之间的引擎接口,其中包括对于 Python 开放的引擎 API,可参考官方教程,其中包括引擎安装,基本使用,以及Python与Matlab之间的数据类型转换及交互。

  • 在 Windows 系统中:(可能需要管理员权限运行)

    cd "matlabroot\extern\engines\python"
    python setup.py install
  • 在 Mac 或 Linux 系统中:

    cd "matlabroot/extern/engines/python"
    python setup.py install

基础用法

下面介绍数组的基本使用,其基本使用方法与 numpy 类似,但是 reshape() 函数略有不同,

import matlab
int_8 = matlab.int8([1, 2, 3, 4, 5, 6])
print(int_8)    # [[1, 2, 3, 4, 5, 6]]
print(int_8.size)   # (1, 6)
int_8.reshape((2, 3))   # reshape function is different from numpy
print(int_8)    # [[1, 3, 5], [2, 4, 6]]

double = matlab.double([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
print(double)   # [[1.0, 2.0, 3.0], [4.0, 5.0, 6.0]]
print(double[0])    # [1.0, 2.0, 3.0]
print(double[1][2]) # 6.0

对于数组的切片,Matlab 的 array 与 Python 的 list 也有所不同,官网给出的解释在于,Matlab 数组切片返回的是一个视图,而不是像 Python 中返回一个浅拷贝。

# Slice array
py = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
mt = matlab.int32([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
py[0] = py[0][::-1]
mt[0] = mt[0][::-1]
# Slicing a Matlab array returns a view instead of a shallow copy
print(py)   # [[3, 2, 1], [4, 5, 6]]
print(mt)   # [[3, 2, 3], [4, 5, 6]]

Python的扩展接口 中介绍:
Python 还可以通过引擎完成对 Matlab 的一些基本操作与控制。以下代码需要在终端运行:

import matlab.engine

eng = matlab.engine.start_matlab()

print(eng.sqrt(4.))     # 2.0
eng.plot(matlab.int32([1, 2, 3, 4]), matlab.int32([1, 2, 3, 4]))

eng.eval("hold on", nargout=0)
eng.eval("plot([4, 3, 2, 1], [1, 2, 3, 4])", nargout=0)

eng.eval("x = 3", nargout=0)
eng.eval("y = 41", nargout=0)
eng.eval("z = [213, 123]", nargout=0)
print(eng.workspace)
print(eng.workspace['x'], eng.workspace['z'])
"""
  Name      Size            Bytes  Class     Attributes

  x         1x1                 8  double
  y         1x1                 8  double
  z         1x2                16  double

3.0 [[213.0,123.0]]
"""

input("Press Enter to exit.")
eng.quit()

Python-Matlab调用(call) m 文件

定义入口函数 callentry,接收两个参数,随后对两个参数分别在内部进行加和乘操作,再调用外部另一个 m 文件的 callsub 函数进行相减操作,将返回的结果保存在数组r中返回。

  • callentry.m 代码:

function [x, y, z] = callentry(a, b);
x = add(a, b)
y = mul(a, b)
z = callsub(a, b)
end

function l = mul(m, n);
l=m*n;
end

function l = add(m, n);
l=m+n;
end
  • callsub.m 代码

function r = callsub(a, b);
r = a-b;
end

在 Python 中,运行如下代码

import matlab.engine
eng = matlab.engine.start_matlab()
print(eng.callentry(7.7, 2.1, nargout=3))
eng.quit()

Note: 值得注意的是,此处需要设置 nargout 参数,当未设置时默认为 1,即默认只返回 1 个参数,当知道 Matlab 返回参数的数量时,通过nargout 进行设置来获取所有需要的参数。无参数返回时请设为 0
在第一次运行生成实例时会较慢,因为需要启动 Matlab 引擎,最终得到输出如下,可以看到,Matlab 的 console 界面显示的结果在 Python 中也会输出,最后得到的结果是列表形式的 Python 数据。

x =  
    9.8000  
  
y =  
   16.1700  
  
z =  
    5.6000  
  
r =  
    9.8000   16.1700    5.6000  
  
(9.8, 16.17, 5.6)

资料:Python与Matlab混合编程

MATLAB 中 调用 Python

只要正确安装对应的 matlab 和 python,一般就可以使用了(不需要手动设置路径)。
matlab 官方教程:从 MATLAB 调用 Python

相关资料:NumPy for MATLAB users

matlab 把所有参数输出到一个文件里,然后用 system 命令调 python 脚本。python 脚本读文件做计算结果再写文件。最后 matlab 再读文件得到结果。假设 python 脚本的用法是:

python xxx.py in.txt out.txt  

则 matlab 调用的命令:

[status, cmdout] = system('python xxx.py in.txt out.txt')

Matlab 的 system 函数用来向操作系统发送一条指令,并得到控制台的输出,可以直接将控制台的输出在 Command Window 打印出来,或者保存在变量中。 与 system 类似的还有 dos 函数和 unix 函数,我觉得它们都是对 system 函数的一种包装,而 Matlab 的 system 函数也许是对 C 的库函数system 的包装。

先编写一个调用 Python 脚本的 matlab 程序即 python.m


function [result status] = python(varargin)  
% call python  
%命令字符串  
cmdString='python';  
for i = 1:nargin  
    thisArg = varargin{i};  
    if isempty(thisArg) | ~ischar(thisArg)  
        error(['All input arguments must be valid strings.']);  
    elseif exist(thisArg)==2  
        %这是一个在Matlab路径中的可用的文件  
        if isempty(dir(thisArg))  
            %得到完整路径  
            thisArg = which(thisArg);  
        end  
    elseif i==1  
        % 第一个参数是Python文件 - 必须是一个可用的文件  
        error(['Unable to find Python file: ', thisArg]);  
    end  
    % 如果thisArg中有空格,就用双引号把它括起来  
    if any(thisArg == ' ')  
          thisArg = ['"''"', thisArg, '"'];  
    end  
    % 将thisArg加在cmdString后面  
    cmdString = [cmdString, ' ', thisArg]  
end  
%发送命令  
[status,result]=system(cmdString);  
end  

就可以用这个函数调用 python 脚本了。 下面就来个调用 python 脚本 matlab_readlines.py (保存在 matlab 当前目录)的例子:

import sys  
def readLines(fname):  
    try:  
        f=open(fname,'r')  
        li=f.read().splitlines()  
        cell='{'+repr(li)[1:-1]+'}'  
        f.close()  
        print cell  
    except IOError:  
        print "Can't open file "+fname  
if '__main__'==__name__:  
    if len(sys.argv)<2:  
        print 'No file specified.'  
        sys.exit()  
    else:  
        readLines(sys.argv[1]) 

这个脚本用来读取一个文本文件,并生成 Matlab 风格的 cell 数组的定义字符串,每个单元为文本的一行。 放了一个测试用的文本文件 test.txt 在Matlab 的 Current Directory 中,内容如下:

This is test.txt 
It can help you test python.m 
and matlab_readlines.py

测试:

在 Matlab 的 Command Window 中输入:

str = python('matlab_readlines.py','test.txt'); 
eval(['c = ' str]) 
celldisp(c) 
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