Matlab調用Python程序實現高效編程

一、背景介紹

Matlab和Python是現今非常流行的編程語言，分別適用於數學計算和科學計算領域。而且都有大量的庫可以使用。但是在某些情況下，我們需要同時使用這兩種語言。例如，當需要對Matlab處理後的數據進行後續的機器學習分析時，可以藉助Python中機器學習庫的強大能力。

因此，將Matlab和Python組合使用是很有必要的。屆時，Matlab需要調用Python程序，而Python程序需要返回數據到Matlab中。在本文中，我們將介紹如何通過Matlab調用Python程序實現高效編程，以便更好地利用兩種語言的優勢。

二、Matlab調用Python方法

1、使用系統調用

一種最簡單的方式是使用系統調用將Python程序直接作為一個命令行操作來執行。這種方法雖然簡單，但不夠靈活，也無法直接獲得Python程序的返回值。下面是一段演示代碼：

cmd = 'python "C:/test.py"';
dos(cmd);  %直接在Matlab中執行dos調用

此時，Python程序將作為一個外部命令，在Matlab中通過cmd字元串進行調用，其中「C:/test.py」表示Python程序所在的路徑。

2、使用MATLAB Python，Python插件

Matlab具有與Python互動的介面——MATLAB Python。MATLAB Python插件是Matlab中的一個工具箱，它可以與Python安裝在同一台計算機上，使Matlab和Python可以進行互動。前提是首先安裝Python的工具包——Python Engine，這個工具包可以讓Matlab與Python進行通信。

安裝完成Python Engine後，就可以在Matlab中調用Python程序。需要注意的是，在Python程序開始時，需要導出Matlab的API。

Matlab 程序：

%通過Matlab Python調用Python程序
python_path='C:\Python39\python.exe'; %設置 Python 所在路徑
if count(py.sys.path,'') == 0
    insert(py.sys.path,int32(0),''); %添加默認系統路徑
end
%使用 Python 版本 >= 3.6 時使用此更新 API 的新方法
pymodule = py.importlib.import_module('test');
py_temp = pymodule.A; %調用 Python 函數
A = double(py.array.array('d',py.numpy.nditer(py_temp))); % 將 Python "numpy.ndarray" 轉換為 double 數組

Python程序：

import numpy as np
import matlab.engine

def test(m,n):
    B = np.array([[i+j for i in range(m)] for j in range(n)],dtype=np.float64) #生成一個 m*n 的數組
    return B
if __name__ =="__main__":
    eng = matlab.engine.connect_matlab() #創建鏈接對象
    eng.workspace['A'] = test(3,4)      #將 test 函數返回值存入 "A" 變數

三、Python程序返回值到Matlab

在上面的例子中，Python程序執行的結果還存在Matlab的一個變數A中。可以看到，Python程序的執行結果已經在Matlab中得到了處理。Matlab中的數組完全可以在Python程序中使用。但是，需要注意的是數組的類型和大小需要跨語言保持一致。

除此之外，可以將Python程序的返回值存入一個文件中，供Matlab讀取。這種方法比較靈活，在Matlab和Python之間傳遞數據、文件時最常用。

Python程序將數據保存到文件中，Matlab程序再讀取該文件，以完成與Python之間的數據傳遞。以下是一個示例：

Python程序：

import numpy as np

def test(m, n):
    B = np.array([[i+j for i in range(m)] for j in range(n)], dtype = np.float64)
    np.savetxt('output.txt', B, fmt = '%.4f')
    return
if __name__ =="__main__":
    test(3, 4)

Matlab程序：

%讀取Python程序保存的文件
data = load ('output.txt');
A = data;

總結

本文介紹了通過Matlab調用Python程序的方法，可以通過系統調用、MATLAB Python和Python插件等方式將兩種語言結合起來使用，並且介紹了如何將Python程序的返回值傳遞到Matlab中。這種方法可以更加高效地使用兩種語言的優勢。在實際應用中，需要根據實際情況進行選擇，盡量使得Matlab和Python的優勢得到最大的發揮。