matlab 与delphi接口

2015-10-23 23:54| 发布者: aspen| 查看: 4515| 评论: 1|原作者: AaronSpark|来自: 声振论坛

摘要: 概述：本文阐述了如何利用Delphi灵活强大方便的编程能力和Matlab强大的科学计算能力，降低编写复杂算法的难度和时间，使Delphi算法程序的开发效率大大提高，收到事半功倍的效果。关键字：Matlab、科学计算、接口 ...

方案一采用数据中转方式实现Delphi与Matlab交流

一、基本思路

Matlab输入数据的方法很多，其中利用M文件,直接把数据按元素列表方式引入Matlab工作内存方法，不仅语法简单，而且运行时只要输入文件名，Matlab就会自动按顺序执行M文件中的语句；Matlab数据输出的方法也有很多种，为了便于与Delphi应用程序接口，我们可以利用Matlab的指令Save输出数据。如指令Save outfile.dat x y -ascii -double,可将变量x和y以16位ASCII码形式存入outfile.dat文件。
基于上述matlab数据输入，输出的方法，我们可以利用M文件为中转，实现Delphi和Matlab的数据交换，当是要注意以下几点：
(1)由于Matlab的基本数据单位是矩阵，所以在delphi应用程序中我们只有通过文件变量，将参与运算的数据输出成M文本文件，以创建和保存矩阵数据。
(2)由于Delphi应用程序在前台运行，因此在应用程序中调用Windows函数WinExec，即可执行Matlab.exe。
(3)由于M文件，只有在Matlab集成环境中才能被识别和自动执行，而根据后台的要求不能显示地进入Matlab集成环境，考虑到Matlab环境变量由matlabrc.m文件定义，因此我们可以通过对matlabrc.m文件的修改(将Matlab要完成的输入数据、进行计算、输出数据过程、编写成M文件，加入matlabrc.m中)，从而实现Matlab的后台运作。

二、Delphi如何将数据传递给Matlab

这里举例说明更直观一些^_^
例：进行矩阵运算(b''*b) -1 *b''*y'', 其中b是t*2矩阵,y是1*t矩阵。

在Delphi应用程序中，可以采用以下的程序段将参与运算的矩阵b、y保存成M文件，这样Matlab就可以通过执行相应的M文件，获得参与运算的矩阵b、y。应用程序段如下：(程序段中fb、fy是事先定义好的textfile类型的文件变量，b[i,j]、y是事先定义好的数组变量；''c:\matlabfile\delphioutb.m''是保存矩阵b的M文件路径及文件名,''c:\matlabfile\delphiouty.m''是保存矩阵y的M文件路径及文件名)

*********创建保存矩阵b的M文件*********
//注：在Matlab中整个输人矩阵必须以"[]"为其首尾,矩阵的行与行之间必须用分号";"或回车位隔离,矩阵元素必须由逗号","或空格分离。
assign(fb,''c:\matlabfile\delphioutb.m'');
Rewrite(Fb);
write(fb,''b['');
for i:=0 to t-2 do
for j:=0 to 1 do
begin
Write(Fb,b[imk]);
if j<1 then Write(Fb,'','')
else if (i else write(fb,'']'');
end;
CloseFile(Fb)

*********创建保存矩阵y的M文件*********
assign(fy,''c:\matlabfile\delphiouty.m'');
Rewrite(Fy);
write(fy,''y=['');
for i:=1 to t-1 do
if i else write(fy,y,'']'');
CloseFile(Fy);

三、Matlab如何接受应用程序传递来的数据并进行计算

前面介绍过，由于M文件只有在Matlab集成环境中才能被识别和自动执行，而根据后台运作的要求不能显示地进人Matlab集成环境。但我们可以通过对matlabrc.m文件的修改，将Matlab要完成的操作编写成M文件，加人matlabrc.m中。下面笔者仍依前面例题的计算要求，来说明如何编写Matlab接收数据、进行计算、数据输出的M文件(取名为c:\matlabfile\Mymatlabfile.m).
1、用记事本输入以下代码，保存在自己的目录（如c:\matlabfile）下，取名为Mymatlabfile.m。
delphioutb //保存矩阵b的M文件
delphiouty //保存矩阵y的M文件
m=((b'')*b'')*(y'')
save c:\matlabfile\matlaboutfile.dat m -ascii -double
quit
2、打开matlabrc.m将其保存为一个备份文件matlabrcbak.m，然后对原文件进行编辑，将下列语句加在文件最后：
if exist(''c:\matlabfile\Mymatlabfile.m'')
Mymatlabfile
end
3、完成上述内容后，只要在应用程序中启动MATLAB，就会完成相应操作。

四、在Delphi中如何启动Matlab

将前面步骤处理完后，我们可以用以下程序隐式启动Matlab。
copyfile(''c:\dsm\matlabfile\Mymatlabrc.m'',''c:\matlab\toolbox\local\matlabrc.m'',false);
winexec(''c:\matlab\bin\matlab.exe'',SW_MINIMIZE);

五、Delphi如何接受Matlab输出结果

Matlab将计算结果通过save c:\matlabfile\matlaboutfile.dat m -ascii -double进行输出，所以我们可以通过下面程序获取计算结果，并将结果通过double类型变量mid放进数组a中：(Fa为textfle类型变量)
if FileExists(''c:\matlabfile\matlaboutfile.dat'') then AssignFile(Fa,''c:\matlabfile\matlaboutfile.dat'');
Reset(Fa);
i:=0;
While not Eof(Fa) do
begin
read(Fa,mid);
a:=mid;
i:=i+1;
end;
closefile(Fa);
另外，在应用上述步骤完成接口后，还需要在应用程序中添加以下代码，以还原Matlab原始环境参数设定：
copyfile(''c:\matlabfile\matlabrcbak.m'',''c:\matlab\toolbox\local\matlabrc.m'',false);

六、方案总结

此方案利用文件形式进两个应用程序之间的数据传递，方法比较直观，在运行调试的时候可以较方便地传递数据的内容。但是，由于采用数据中转的方式，所以在有大量数据频繁传递的时候，运行速度受到很大影响。

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引用 AaronSpark 2005-6-26 08:57: 2003-8-18 21:25:18 方案四利用动态链接库技术进行数据交流

一、基本思路

Matlab本身并没有提供与Delphi的应用程序接口，但是提供了基于win32平台的VC++应用程序接口,包括Matlab引擎（engine）,C/C++函数库。可以利用Matlab与VC++的接口函数，通过matlab引擎进行指令处理和数据传递，编写出C++语言的动态连接库，作为Matlab与Delphi的接口，然后在Delphi中进行C++动态库函数的调用。Matlab引擎的C语言调用函数见表1。

表1:Matlab引擎的C语言调用函数
函数名功　　能
EngOpen 打开Matlab引擎
EngEvalString 在Matlab引擎中执行一条命令
EngPutArray 将数据放入Matlab引擎
EngGetArray 从Matlab引擎中取出数据
EngClose 关闭Matlab引擎

在使用表1所示的Matlab引擎函数时,要用到Matlab数组(mxArray),Matlab引擎利用这个数据类型来进行各种数据处理工作。Matlab中的各种变量,包括标量、矢量、矩阵、字符串等都是用这种Matlab数组来进行存储的。Matlab提供了C语言下的Matlab数组(mxArray)的格式,定义了它的数据结构。Delphi下没有对应的Matlab数组,但利用动态连接库可以巧妙地解决这个问题。

二、动态连接库的设计

在我们设计的软件中,要将Delphi中的数据送入Matlab进行分析,选择合适的处理函数后进行运算，然后将结果送回Delphi。为了实现上述目的,设计了相应的几个函数。这些函数都放在DpLab.dll动态连接库中。DpLab.dll的基本组成如下:
(1)头函数
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "engine.h" //在Matlab\extern\include下,将它拷入当前目录
engine *ep=NULL; //Matlab引擎,全局变量
mxArray *PA=NULL; //Matlab数组指针。可根据需要定义多个mxArray指针变量

(2)打开Matlab引擎函数:
extern"C" declspec(dllexport)int MatOpenEng(far char *cc)
{
if(ep) return 0;//如果已打开则退出
if(!(ep=engOpen(cc))) return -1;
else return 1;
}
如果Matlab安装在本地计算机上,字符串cc中的内容为“\0”,如果系统为客户机/服务器(Client/Server)的工作方式,Matlab安装在主机“host”上,可输入''\\host\Matlib''。

(3)关闭Matlab引擎的函数
extern"C" declspec(dllexport)int MatCloseEng(void)
{
if(ep)
{
if(PA) mxDestroyArray(PA);//释放PA
engClose(ep);
ep=NULL;
return1;
}
else return0;
}

(4)执行Matlab命令函数:
extern"C" declspec(dllexport)int MatExec(far char *cc)
{
if(!ep)return0;
engEvalString(ep,cc);//cc中放Matlab命令return 1;
}

(5)根据已知数据创建mxArray变量:
//注：cc:Matlab变量名 num:数据的个数 dd:已知数据
extern"C" declspec(dllexport)int MatCreateDoubleD(char *cc,int num,double dd[])
{
if(!ep) return 0;
if(num<1) return -1;
PA=mxCreatedoubleMatrix(1,num,mxREAL);
mxSetName(PA,fh[Getfh(cc)]);//指定Matlab中变量名,它必须是静态字符串!
memcpy((char *)mxGetPr(PA),(char *)dd,num * sizeof(double));
engPutArray(ep,PA);
return1;
}

(6)获取Matlab数据:
//注：cc:Matlab变量名 num:数据的个数 dd:返回数据
extern"C" declspec(dllexport)int MatGetdoubleData(char *cc,int num,double dd[])
{
mxArray result;
double pData;
int i;
if(!ep)return0;
if(num<1)return-1;
result=engGetArray(ep,fh[Getfh(cc)]);
if(result)
{　　
pData=(double )mxGetData(result);　　
for(i=0;i<num;i++) dd=pData;　　
mxDestroyArray(result);　　
return1;
}
return 0;
}
还可以根据需要定义其它一些函数如获取变量名函数intGetfh(charcc[])等等。这些函数写好以后,可以用VC进行编译,将编译好的动态连接库DpLab.dll复制到Windows\system下。

三、各种函数在Delphi中的运用

1、为了在Delphi中使用动态连接库函数,首先要对这些函数作如下声明:
function MatOpenEng(p:PChar):Integer;stdcall;external''DpLab.dll'';
function MatCloseEng:Integer;stdcall;external''DpLab.dll'';
function MatExec(p:PChar):Integer;stdcall;external''DpLab.dll'';
function MatCreateDoubleD(p:Pointer;num:Integer;dd:Array of double):Integer;stdcall;external''DpLab dll'';
function MatGetdoubleData(p:pointer;num:Integer;dd:Array of double):Integer;stdcall;external''DpLab dll'';
函数声明了以后,就可以方便地使用它们了。
打开Matlab引擎用:MatOpenEng(PChar(\0''));
关闭Matlab引擎用:MatCloseEng;

2、下面的程序给出了从Matlab中获取数据的方法,函数MatGetDoubleData通过变量cc指定Matlab中的数据变量名,该变量应是已经定义好的:
procedure TForm1Button2Click(Sender:Tobject);
var dd:Array[0..10] of double;cc:char;i:integer;
begin
cc:=''D'';//Matlab中的变量名
MatGetDoubleData(@cc,10,dd);
ListBox1.clear;//在一个列表框内显示读出的数据
for i:=0 to 4 do ListBox1.items.add(format(''%.2f,[dd]));
end;

　 3、下面给出Delphi在Matlab中用sin(r)/r函数画出三维图形的程序，其余情况大家触类旁通吧^_^
procedure TForm1Button3Click(Sender:Tobject);
begin
MatExec(PChar(''x=-8: 5:8;''));
MatExec(PChar(''y=x'','';''));
MatExec(PChar(''X=ones(size(y))*x;''));
MatExec(PChar(''Y=y*ones(size(x));''));
MatExec(PChar(''R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;''));
MatExec(PChar(''Z=sin(R)/R;''));
MatExec(PChar(''mesh(Z);''));
end;

四、方案总结

其实思路和上一种方案很像，不同的是是通过调用dll中的matlab应用程序接口指令实现数据传输，本方案所提供的动态连接库实际上是一个示范性的例子,根据实际需要还可以开发出功能更强大的函数,以满足不同应用场合的需要。就是要花费一定时间编写相关的dll咯^_^

2003-8-18 21:25:54 方案五利用mideva编译脱离matlab环境的动态链接库

一、基本思路

如果你看过了以上的几种方案，就会发现它们都必需依赖于MATLAB环境，那么如何能够彻底脱离MATLAB环境呢？这也是我最近一直在研究的，但是天不随人意5555555555，虽然找到了相关资料可是却和实际情况相差太远。本来想等全部搞定之后再发这篇文章的，后来转念一想不如让大家共同研究，也许某位达人能参透其中奥妙。此方法是利用一个叫Mideva的软件，是Mathtools公司推出的一种Matlab编译开发软件平台（注：据笔者掌握的最新情况，Mathtools已经被Mathwork收购了），Mediva具有编译转换功能，能够将Matlab函数成编写的Matlab程序转换为c++形式的DLL，然后在Delphi中调用动态库函数，而不必再依赖Malab环境，前提是必须要有两个动态链接库mdv4300和ago4300。

二、编译步骤

利用Mideva平台实现Delphi与M文件混合编程步骤如下：
1、编写M文件
2、在Mideva中执行M文件
3、生成动态链接库(DLL)
4、Delphi中调用DLL函数

三、方案总结
如果真能实现，那将省去许多不必要的麻烦，可是笔者的问题在于用Mideva编译过后的DLL，Delphi无法识别-_-b，而且根本找不到mdv4300和ago4300两个动态链接库。如果那位仁兄能够成功，望请告知，不胜感激。

2003-8-18 21:26:46 后记：

Matlab和Delphi都是功能强大的计算机语言，利用接口技术可以充分利用Delphi高效、便捷的可视化开发环境和Matlab在数值计算、算法设计等领域的优势，提高程序的开发效率，大量节省在繁杂数学运算编程上花费的时间，能够快速开发出界面友好的算法程序和数值分析、数据处理软件。同时应该看到各种接口方案都有其不足之处，还有待大家共同研究。

我的EMAIL，欢迎大家共同探讨:yellowfish2001@sina.com

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