如何用Python打開mat文件

如果你是一個科研人員，你會經常接觸.mat後綴名的數據文件。這種類型的文件是MATLAB的默認數據文件類型。如果你需要處理MATLAB生成的數據文件，你需要用Python打開.mat文件。本文將教你如何使用Python打開.mat文件，並在其中查找數據。

一、MATLAB數據文件(.mat)簡介

首先我們需要了解.mat文件，這是MATLAB數據文件的默認格式，用於存儲各種類型的數據：數值、字元串、字元向量、邏輯值、結構、函數類型、cell數組等等。這種文件格式在MATLAB中被廣泛使用，也被許多其他編程語言所支持。

在Python中，我們使用SciPy庫處理.mat文件。SciPy庫是一種基於NumPy、Matplotlib等庫的Python科學計算庫。它提供了許多用於科學計算的常用函數和子模塊。例如，它提供了用於輸入/輸出(MATLAB, ASCII等)、線性代數、插值、優化、信號處理、特殊函數、圖像處理等常見科學計算問題的函數。

二、使用SciPy庫讀取.mat文件

1. 安裝SciPy庫

在使用SciPy庫之前，需要先安裝它。在命令行中輸入以下命令即可：

pip install scipy

如果你的pip安裝不成功，你可以到SciPy官網中尋找Windows、Linux或macOS下的安裝指南。

2. 解碼.mat文件

在SciPy庫中，我們使用scipy.io.loadmat()函數載入.mat文件。它返回一個Python字典，其中包含.mat文件中的所有信息。在字典中，鍵是MATLAB的變數名稱，值是MATLAB變數中存儲的數值、字元等等。

下面的例子演示了如何解碼.mat文件。

import scipy.io as sio
 
mat_file = sio.loadmat('matlab_data.mat')
print(mat_file)

在運行上面的代碼後，你將會看到如下結果：

{'__header__': b'MATLAB 5.0 MAT-file, Platform: PCWIN64, Created on: Thu Jan 23 10:17:13 2020', 
 'x': array([[1, 2, 3],
             [4, 5, 6]]), 
 '__globals__': [], 
 '__version__': '1.0', 
 'y': array([[7],
             [8],
             [9]])}

這裡我們讀取了一個名為’matlab_data.mat’的.mat文件，並存儲到一個Python變數中，然後列印出它的內容（字典形式）。

字典中包含5個鍵值對：

• ‘__header__’: 該鍵值對包含了MATLAB數據文件的版本、機器類型和創建時間等信息。
• ‘x’: 該鍵值對包含一個矩陣，名為x。
• ‘__globals__’: 該鍵值對描述了.mat文件中所有全局變數的名稱。
• ‘__version__’: 該鍵值對描述MATLAB數據文件的格式版本。
• ‘y’: 該鍵值對包含一個矩陣，名為y。

3. 訪問.mat文件中的數據

在訪問各個鍵值對中的值之前，我們需要了解這些值的類型。在上述.mat文件的例子中，我們可以看到兩個變數x和y：

x = [[1, 2, 3],
     [4, 5, 6]]
 
y = [[7],
     [8],
     [9]]

在Python中，我們可以使用矩陣或數組來表示這些變數。在SciPy庫中，MATLAB的結構體可以表示為Python中的嵌套結構體。

在下面的例子中，我們將演示如何使用Python訪問這些變數：

import scipy.io as sio
     
mat_file = sio.loadmat('matlab_data.mat')
 
x = mat_file['x']
y = mat_file['y']
 
print('x =', x)
print('y =', y)

在運行上述代碼時，我們得到以下結果：

x = [[1 2 3]
     [4 5 6]]
 
y = [[7]
     [8]
     [9]]

這裡的’x’和’y’與我們在MATLAB中列印輸出時看到的相似（除了Python使用的方括弧，而不是MATLAB中使用的圓括弧）。

三、小結

在本文中，我們介紹了如何使用Python讀取MATLAB生成的數據文件（.mat文件）。我們使用需要安裝的SciPy庫中的函數scipy.io.loadmat()解碼MATLAB數據文件，並使用Python中的矩陣或數組來表示變數。使用本文中介紹的知識，你將能夠使用Python分析.mat文件，並在其中查找數據。