如何从MATLAB中调用Python函数？

MATLAB和Python是两种广泛使用的科学计算工具，它们都有各自独具特色的特点，但有时候需要将这两个工具结合使用，最经典的方式就是从MATLAB中调用Python函数。

具有较强的扩展性和交互性是Python的优势之一，而MATLAB则提供了丰富的工具箱以及存储和处理数据的功能。不同的工具在不同的场合可以发挥其优势，因此，两者结合使用是不可避免和必要的。

本文将介绍如何从MATLAB中调用Python函数。

调用Python函数前准备工作

在MATLAB中通过Python运行函数，需要用到Python默认的安装路径。不过，我们需要确保MATLAB中已经安装了Python。

有关如何将Python添加到MATLAB中的详细过程，请参阅官方文档https://www.mathworks.com/help/matlab/call-python-libraries.html。

在MATLAB中，可以通过”pyversion”函数查看Python的版本。同时，也可以通过”py.sys.path”函数获取PYTHONPATH变量的值，该变量指向要搜索已安装库的路径。

pyversion
py.sys.path

调用简单的Python函数

首先，让我们来看看如何在MATLAB中调用一个简单的Python函数。假设我们有一个Python函数，它接受两个参数(整数类型)并将它们相加。

def add_nums(a,b):
    return a+b

我们可以使用”py.importlib.import_module”函数来导入Python函数，并使用”py.add_nums”来调用该函数。

py_mod = py.importlib.import_module('testfuncs'); %导入Python模块
py_func = py_mod.add_nums(3,4); %调用Python函数
res = double(py_func); %将返回值转化为MATLAB数据类型

我们可以通过”double”函数将Python返回值转成MATLAB中的双精度数字。

调用返回多个值的Python函数

现在，让我们看一下如何从MATLAB中调用返回多个值的Python函数，并将返回的值存储在MATLAB变量中。

假设我们有一个Python函数，它接受两个参数(字符串类型)，并将它们转换为大写字符串和小写字符串。

def up_low(string1,string2):
    return string1.upper(),string2.lower()

我们可以像之前那样导入Python模块，但稍有不同的是调用Python函数时，我们需要使用中括号表示Python函数将返回多个值。

py_mod = py.importlib.import_module('testfuncs');
[up,low] = py_mod.up_low('Hello','World');
up = char(up); %转化为MATLAB字符串
low = char(low); %转化为MATLAB字符串

我们可以使用”char”函数将Python返回值转化成MATLAB字符串。

支持Numpy的Python函数

如果要在MATLAB中使用标准Python数据类型(如list和tuple)时，可能会遇到一些麻烦，Numpy可以帮助解决这个问题。

Numpy是一个用于数值计算的Python库，广泛用于科学、工程和计算机视觉等领域。Numpy在MATLAB中是非常重要的，因为它允许在Python和MATLAB之间使用相同的矩阵和向量。

为了能够使用Numpy，我们需要安装Python3，并在Python环境中使用pip安装Numpy。

!pip install numpy

有了Numpy支持，我们现在可以将两个Numpy向量相加，并将结果返回到MATLAB中。

import numpy as np

def np_add(a,b):
    arr1 =np.array(a) # 转换为 Numpy向量
    arr2 = np.array(b) # 转换为 Numpy向量
    res = arr1 + arr2 # Numpy向量相加
    return res.tolist() # 将结果转换为列表

我们可以使用”py.numpy.array”函数将MATLAB中的向量转换为Numpy向量，并调用该函数。

py_mod = py.importlib.import_module('testfuncs');
vec1 = [1,2,3];
vec2 = [4,5,6];
res = py_mod.np_add(py.numpy.array(vec1),py.numpy.array(vec2)); % 调用Python函数
res = double(py.array.array('d',res)); % 将返回值转换为MATLAB向量

我们可以通过使用”py.array.array”和”double”函数将Numpy返回值转换为MATLAB向量。

调用带有输入输出文件的Python函数

最后，让我们看看如何从MATLAB中调用一个Python函数，该函数需要读取文件，并将结果写入到输出文件中。

假设我们有一个Python函数，它从输入文件中读取两行数据，对其进行相加，然后将结果写入到输出文件中。

def file_add(input_file,output_file):
    with open(input_file,'r') as f:
        a = int(f.readline())
        b = int(f.readline())
    c = a+b
    with open(output_file,'w') as f:
        f.write(str(c))

我们可以使用”py.os.path.abspath”函数获取”input.txt”和”output.txt”的绝对路径，并调用Python函数。

input_file = py.os.path.abspath('input.txt'); % 获取输入文件的绝对路径
output_file = py.os.path.abspath('output.txt'); % 获取输出文件的绝对路径
py_mod = py.importlib.import_module('testfuncs');
py_mod.file_add(input_file,output_file); % 调用Python函数

这将读取”input.txt”文件中的两行数据，将它们加起来，并将结果写入”output.txt”文件中。我们可以检查”output.txt”文件以检查结果是否正确。

结论

从以上内容中，我们可以发现，在MATLAB中调用Python函数是非常方便和简单的，只需要一些Python知识和MATLAB的Python接口，就可以很好的完成Python函数的调用。这种方法增强了MATLAB的可拓展性，因为Python有强大的库和工具，可以帮助MATLAB用户。所以，如果需要将MATLAB和Python结合使用，那么在MATLAB中调用Python函数是非常值得的。