python调用matlab源码函数

news2024/10/6 1:36:50

Background

  • 关于在python中调用matlab函数,我之前已经写过两篇文章了,非常详细,且之前的方法可以不用安装matlab程序,只需要按照mcr运行环境就行了。
  • 具体可以参考:【java和python调用matlab程序详细记录】【Python 高效率传参调用 MATLAB 程序】
  • 这里介绍另一种方式,直接调用matlab源码中的函数,前提条件是需要按照matlab软件哈
  • 具体可以参考官方网站哈:【从 Python 中调用 MATLAB】

1、处理逻辑

  • 首先已经安装好了matlab软件和python3,具体对应关系如下所示
    在这里插入图片描述

  • python交互是通过json传递参数

  • python与matlab交互是通过mat文件传递文件

  • python主程序与matlab源码在同一目录下

2、参数文件

  • input.json

python主程序输入文件

{"pcs": 5, "mcs": 5, "nn": 124, "lsna": [1, 2, 3, 3, 1, 2, 4, 3, 5, 6, 8, 6, 8, 11, 9, 13, 16, 20, 9, 13, 16, 20, 57, 7, 12, 14, 17, 19, 26, 31, 37, 49, 53, 7, 12, 14, 17, 19, 26, 31, 37, 49, 53, 78, 10, 15, 18, 22, 10, 15, 18, 22, 25, 23, 24, 27, 29, 33, 35, 39, 45, 55, 61, 23, 24, 27, 29, 33, 35, 39, 45, 55, 61, 83, 30, 32, 34, 36, 38, 41, 44, 46, 48, 62, 64, 30, 32, 34, 38, 21, 28, 21, 28, 40, 42, 40, 43, 47, 41, 44, 46, 48, 51, 52, 56, 60, 63, 50, 50, 54, 51, 58, 52, 56, 60, 63, 68, 59, 65, 66, 67, 69, 71, 70, 65, 66, 67, 69, 71, 74, 70, 75, 77, 79, 81, 76, 72, 72, 73, 80, 85, 87, 84, 77, 81, 76, 73, 88, 86, 85, 87, 89, 90, 91, 90, 91, 93, 92, 94, 92, 94, 96, 95, 97, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 103, 106, 99, 99, 100, 101, 102, 104, 109, 107, 102, 107, 103, 115, 105, 108, 105, 112, 111, 112, 114, 111, 110, 113, 117, 116, 116, 118, 118, 119, 117, 120, 122, 122, 123, 64], "lena": [2, 4, 4, 5, 7, 14, 6, 8, 11, 8, 11, 9, 16, 20, 13, 16, 20, 57, 19, 26, 31, 37, 78, 12, 14, 17, 19, 26, 31, 37, 49, 53, 78, 10, 15, 18, 22, 25, 35, 39, 45, 55, 61, 83, 15, 18, 22, 25, 21, 28, 24, 27, 29, 24, 27, 29, 33, 35, 39, 45, 55, 61, 83, 30, 32, 36, 38, 41, 44, 46, 48, 62, 64, 84, 32, 34, 36, 38, 41, 44, 46, 48, 62, 64, 84, 40, 42, 43, 47, 28, 30, 59, 66, 42, 43, 50, 47, 51, 52, 56, 60, 63, 52, 56, 60, 63, 68, 58, 54, 67, 58, 69, 71, 74, 70, 73, 80, 65, 66, 67, 69, 71, 74, 74, 75, 77, 79, 81, 82, 76, 72, 77, 79, 81, 82, 82, 76, 73, 80, 85, 87, 89, 89, 88, 88, 86, 86, 90, 91, 93, 106, 115, 91, 93, 92, 94, 96, 94, 96, 95, 97, 98, 97, 98, 99, 100, 101, 100, 101, 103, 106, 115, 108, 105, 102, 104, 109, 107, 114, 111, 104, 109, 110, 121, 108, 119, 112, 114, 114, 117, 116, 118, 113, 118, 119, 117, 120, 120, 121, 122, 123, 123, 123, 124, 124, 85], "lla": [2.15671640044499, 5.12227288255451, 1.21559549127594, 2.8685942058528, 4.10144336613248, 4.00802400508674, 1.25907045077685, 1.64558440413782, 2.11233075175363, 1.78072960829242, 1.72441482493349, 1.52645499456934, 1.68864254036293, 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108, 114, 111, 110, 113, 118, 116, 120, 68, 122, 123, 118, 118, 21, 64], "mena": [2, 2, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 14, 14, 6, 8, 8, 8, 6, 8, 11, 9, 13, 19, 15, 15, 28, 28, 30, 66, 65, 66, 50, 88, 81, 81, 69, 69, 69, 58, 69, 71, 51, 47, 42, 34, 27, 24, 27, 17, 29, 26, 26, 35, 35, 44, 46, 52, 71, 82, 74, 74, 74, 74, 74, 56, 74, 70, 39, 31, 20, 37, 37, 45, 63, 63, 68, 73, 73, 86, 86, 57, 57, 78, 78, 78, 78, 78, 55, 83, 83, 84, 89, 89, 89, 89, 115, 115, 115, 115, 115, 54, 121, 115, 115, 106, 94, 96, 98, 98, 97, 98, 100, 101, 101, 103, 107, 119, 116, 118, 113, 118, 121, 120, 123, 80, 124, 124, 121, 121, 59, 85], "mga": [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 3, 1, 2, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 2, 2, 1, 1, 1, 4, 2, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 1, 1, 2, 4], "nea": [41, 52, 114], "fml": [[1.0, 1.0, 0.0201135144400038, 0.00485259976677354, 0.000256888802765694, 5.8681307981977e-05], [1.0, 2.0, 0.93631329417954, 0.00367535964490481, 4.61236139452523e-05, 5.2765962379722e-06], [1.0, 3.0, 0.0201135144400038, 0.00485259976677354, 0.000256888802765694, 5.8681307981977e-05], [1.0, 4.0, 0.93631329417954, 0.00367535964490481, 4.61236139452523e-05, 5.2765962379722e-06], [2.0, 1.0, 0.163033040960304, 0.0646563187163703, 0.00810557013534307, 0.0026993448361335], [2.0, 2.0, 0.997425325869211, 0.0796358085745737, 0.00418053399069939, 0.000866565101226897], [2.0, 3.0, 0.163033040960304, 0.0646563187163703, 0.00810557013534307, 0.0026993448361335], [2.0, 4.0, 0.997425325869211, 0.0796358085745737, 0.00418053399069939, 0.000866565101226897], [3.0, 1.0, 0.360716661128008, 0.186385916106235, 0.037652492973923, 0.0155143475328584], [3.0, 2.0, 0.999801594194935, 0.253707014776233, 0.0292138893599325, 0.0084733179278164], [3.0, 3.0, 0.360716661128008, 0.186385916106235, 0.037652492973923, 0.0155143475328584], [3.0, 4.0, 0.999801594194935, 0.253707014776233, 0.0292138893599325, 0.0084733179278164]]}
  • output.json

python主程序输出文件,程序会自动生成

{"qg_pre": 3.31452, "qg_post_matrix": [[3.31452, 3.31452, 3.31452, 3.31452, 3.31452], [3.31452, 3.29032, 3.31452, 3.31452, 3.31452], [3.25806, 3.23387, 3.25806, 3.29032, 3.25806]]}
  • input.matoutput.mat

这两个文件程序也会自动生成。

2、源码

import sys
import json
from numpy import array
from scipy.io import savemat, loadmat
import matlab.engine


class Const:
    """常量"""
    STR_TYPE = 'str'
    LIST_TYPE = 'list'
    ARRAY_TYPE = 'array'
    # python交互输入文件,默认当前目录
    INPUT_PYTHON = 'input.json'
    # python交互输出文件,默认当前目录
    OUTPUT_PYTHON = 'output.json'
    # matlab交互输入文件,默认当前目录
    INPUT_MATLAB = 'input.mat'
    # matlab交互输出文件,默认当前目录
    OUTPUT_MATLAB = 'output.mat'
    # matlab函数function_loss_cal的输入参数变量名
    MATLAB_INPUT_KEYS = {
        'mcs': STR_TYPE,
        'nn': STR_TYPE,
        'lsna': LIST_TYPE,
        'lena': LIST_TYPE,
        'lla': LIST_TYPE,
        'msna': LIST_TYPE,
        'mena': LIST_TYPE,
        'mga': LIST_TYPE,
        'nea': LIST_TYPE,
        'fml': ARRAY_TYPE
    }
    # matlab函数function_loss_cal的输出参数变量名
    MATLAB_OUTPUT_KEYS = {'qg_pre': STR_TYPE, 'qg_post_matrix': ARRAY_TYPE}


def test_write_input_json():
    """测试-准备一个测试的json输入文件"""
    output = {}
    mat_input = loadmat(Const.INPUT_MATLAB)
    for key in Const.MATLAB_INPUT_KEYS:
        key_type = Const.MATLAB_INPUT_KEYS[key]
        key_input = mat_input[key].tolist()
        if key_type == Const.STR_TYPE:
            val = key_input[0][0]
        elif key_type == Const.LIST_TYPE:
            val = key_input[0]
        elif key_type == Const.ARRAY_TYPE:
            val = key_input
        output[key] = val
    json_data = json.dumps(output)
    with open(Const.INPUT_PYTHON, "w", encoding='utf8') as fw:
        fw.write(json_data)


def json_to_mat():
    """计算输入参数
    1.读取json输入文件,默认为当前目录下的input.json;
    2.把结果写入到mat输入文件,默认为当前目录下的input.mat
    """
    with open('input.json', "r", encoding='utf8') as fr:
        res = json.load(fr)
    for key in res:
        key_type = res[key]
        if key_type == Const.LIST_TYPE:
            res[key] = array(res[key])
    savemat(Const.INPUT_MATLAB, res, False)


def call_matlab_func():
    """调用matlab函数"""
    # MATLAB Engine API
    eng = matlab.engine.start_matlab()
    eng.function_loss_cal(nargout=0)
    eng.quit()


def mat_to_json():
    """计算输出结果
    1.读取mat输出文件,默认为当前目录下的output.mat;
    2.写json输出文件,默认为当前目录下的output.json
    """
    output = {}
    mat_output = loadmat(Const.OUTPUT_MATLAB)
    for key in Const.MATLAB_OUTPUT_KEYS:
        key_type = Const.MATLAB_OUTPUT_KEYS[key]
        key_output = mat_output[key].tolist()
        if key_type == Const.STR_TYPE:
            val = key_output[0][0]
        elif key_type == Const.LIST_TYPE:
            val = key_output[0]
        elif key_type == Const.ARRAY_TYPE:
            val = key_output
        output[key] = val
    json_data = json.dumps(output)
    with open(Const.OUTPUT_PYTHON, "w", encoding='utf8') as fw:
        fw.write(json_data)


def main():
    """主函数"""
    # 测试数据
    # test_write_input_json()
    # 准备计算参数
    json_to_mat()
    # 调用算法计算
    call_matlab_func()
    # 输出计算结果
    mat_to_json()


if __name__ == '__main__':
    """函数入口"""
    main()

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