如何使用sio.loadmat加載.mat文件數據

引言

對於處理科學計算方面的任務，MATLAB一直是最受歡迎的工具之一，而在Python中，SciPy是人們使用的主要科學計算包。SciPy提供了許多函數和方法來滿足各種需要，包括加載和處理MATLAB文件。這篇文章將介紹如何使用sio.loadmat函數在Python中加載.mat文件。

正文

1. 安裝SciPy

如果您還沒有安裝SciPy，請先安裝SciPy。在命令提示符/終端中使用以下命令即可安裝：

“`python
pip install scipy
“`

2. 導入模塊

在Python中使用SciPy包將MATLAB文件加載到Python環境中，需要導入SciPy中的io模塊。請按以下方式導入模塊：

“`python
import scipy.io as sio
“`

3. 加載.mat文件

首先，將要讀取的.mat文件放在與Python文件相同的文件夾中。然後，使用sio.loadmat()函數加載.mat文件。該函數的語法如下：

“`python
sio.loadmat(file_name, mdict=None, appendmat=True,
**kwargs)
“`

其中，文件名參數是必需的，指定要讀取的MATLAB文件的名稱。其他參數是可選的。

下面是一個示例，假設.mat文件名為my_mat_file.mat：

“`python
import scipy.io as sio

mat_file = sio.loadmat(‘my_mat_file.mat’)
“`

4. 讀取數據

mat_file是一個字典類型的變量，其中.mat文件中的變量名按照鍵存儲。例如，如果.mat文件中有一個名為“x”的變量，則可以使用以下代碼讀取變量：

“`python
x = mat_file[‘x’]
“`

要讀取.mat文件中的其他變量，可以根據相應的鍵使用上述代碼進行更改即可。

5. 使用dtype參數

在.loadmat()函數中，還可以使用dtype參數控制在讀取MATLAB文件時要使用的數據類型。這種方法通常用於處理非標準或不適合自動檢測的MATLAB文件。下面是一個使用dtype參數的示例：

“`python
import scipy.io as sio

mat_file = sio.loadmat(‘my_mat_file.mat’,
dtype={‘names’:[‘name1’, ‘name2’],
‘formats’:[‘int16’, ‘float32’]})
“`

此示例使用名為“ name1”和“ name2”的鍵，分別存儲int16和float32類型的變量。

6. 讀取結構體數據

在MATLAB中，結構體是一種非常有用的數據類型，通常在存儲複雜數據結構或多個變量時使用。 sio.loadmat()函數返回的字典中，結構體將存儲為numpy ndarray，其中每個元素代表結構體實例。假設結構體具有以下定義：

“`python
struct var_name {
int var1;
float var2;
char [10] str;
};
“`

在Python中讀取此MATLAB結構體的方法如下：

“`python
my_struct = mat_file[‘my_struct’][0, 0]

var1 = my_struct[‘var1’]
var2 = my_struct[‘var2’]
str = my_struct[‘str’][0]
“`

小結

在Python中使用SciPy的.io模塊，使用sio.loadmat()函數可以輕鬆加載.mat文件。通過簡單地處理返回的字典，可以輕鬆地讀取MATLAB文件中包含的變量。此外，還可以使用dtype參數控制在讀取MATLAB文件時要使用的數據類型。

完整代碼示例

“`python
import scipy.io as sio

# 加載.mat文件
mat_file = sio.loadmat(‘my_mat_file.mat’)
# 讀取變量
my_var = mat_file[‘my_var’]
# 控制數據類型
mat_file = sio.loadmat(‘my_mat_file.mat’,
dtype={‘names’:[‘name1’, ‘name2’],
‘formats’:[‘int16’, ‘float32’]})
# 讀取結構體數據
my_struct = mat_file[‘my_struct’][0, 0]
var1 = my_struct[‘var1’]
var2 = my_struct[‘var2’]
str = my_struct[‘str’][0]
“`

參考文獻

[1] SciPy.org, “SciPy Reference Guide”, 2021.

[2] MATLAB documentation, “MATLAB MAT-File Versions”, 2021.