MATLAB程式设计入门篇应用程式介面.ppt

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,可整理ppt,*,MATLAB,程式設計進階篇：應用程式介面,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,可整理ppt,*,MATLAB,程式設計進階篇應用程式介面,張智星,jangcs.nthu.edu.tw,www.cs.nthu.edu.tw/jang,清大資工系 多媒體檢索實驗室,1,可整理ppt,3-1 MATLAB,應用程式介面,應用程式介面,Application Program Interface,簡稱,API,和外部程式或其它程式語言溝通,2,可整理ppt,API,的功能,只要遵循,API,規範，可做到下列事項,：,從,MATLAB,呼叫,C,語言或,Fortran,語言撰寫的函數,將,MATLAB,當成計算引擎,(Computing Engine),，並從獨立的,C,或,Fortran,程式呼叫此,MATLAB,引擎，進行各種運算或圖形顯示,以獨立的,C,或,Fortran,程式讀寫,MATLAB,專用的,MAT,檔,在視窗環境，進行,ActiveX Automation,，即將,MATLAB,視為,ActiveX Automation Server,，讓其它應用程式,(Excel,或,Access,等,),呼叫，或將,MATLAB,視為,ActiveX Automation Controller,，呼叫視窗下其它應用程式,在,微軟,視窗環境下，經由,DDE(Dynamic Data Exchange),來和其它應用程式溝通並傳送資料,3,可整理ppt,3-2,撰寫能讓,MATLAB,呼叫的,C,函數：前置測試,撰寫,C,函數讓,MATLAB,呼叫的原因,MATLAB,程式碼執行效率不佳，希望以,C,程式碼改進。常發生在,MATLAB,的,JIT,加速器無法加速您的程式碼，或是您的演算法無法改成向量化的程式碼。,隱藏程式碼，保護智慧財產權。,C,的原始碼編譯後，變成二進位碼，,MATLAB,能夠呼叫，而使用者無法看到原始程式碼,不想將已寫好的,C,程式碼改寫成,MATLAB,程式碼，而希望在,MATLAB,的環境下呼叫這些,C,程式碼,進行其它只有在,C,程式能做到的事,4,可整理ppt,只能在,C,程式下完成的工作,更改呼叫端之工作空間的變數,產生常駐記憶體,(Persistent Memory),，即產生在函數結束後，仍能讓其它函數或,MATLAB,存取的資料結構或變數,串接埠,(Serial Port),資料的傳送和接收,Device Drivers,等,5,可整理ppt,提示,使用,pcode,指令,優點,:,可將一般,M,檔案轉換成二進制檔案,達到隱藏原始程式碼的功能,缺點,:,無法大幅提高程式碼的執行效率,6,可整理ppt,開始前置測試,(I),選擇,C,編譯器編譯完成的,C,函數,在,MATLAB,指令視窗內輸入,mex-setup,7,可整理ppt,開始前置測試,(II),選擇已安裝在電腦上的,C,編譯器,8,可整理ppt,開始前置測試,(III),按下,Enter,鍵，會出現畫面,9,可整理ppt,提示,lcc,是,Public-domain,的,C,程式編譯器,MATLAB 5.x,，是隨,Stateflow Toolbox,而來，,MATLAB 6.x,，是隨,MATLAB,而來。,執行,mex-setup,MATLAB 5.x,會跳出,DOS,視窗，,MATLAB 6.x,不會跳出,DOS,視窗，,都在,MATLAB,命令視窗完成,其內容則與,DOS,視窗的內容大同小異,10,可整理ppt,開始前置測試,(IV),選用 微軟公司的,Visual C/C+,，輸入,1,後，再按,Enter,鍵,最後，再按,Enter,鍵確認即可,11,可整理ppt,無安裝,C,編譯器,若,DOS,視窗無顯示可供選擇的,C,編譯器,電腦尚未安裝,C,編譯器,先安裝,C,編譯器才能進行下一步的測試,例如：,Microsoft Visual C/C+,、,Watcom C/C+,、,Borland C,等,12,可整理ppt,開始前置測試,(V),完成選擇,C,編譯器的程序，可以測試,C,程式編譯,MATLAB,有一現成的,C,程式碼,yprime.c,，其位置在,MATLAB rootexternexamplesmexyprime.c,測試之前，須將此檔案拷貝至目前目錄，才可進行測試,cd D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,copyfile(matlabroot,externexamplesmexyprime.c),若執行,copyfile,指令時產生錯誤訊息，通常表示目前目錄下已經有,yprime.c,檔案,13,可整理ppt,開始前置測試,(VI),在,MATLAB,指令視窗，輸入下列敘述來編譯此,C,程式,mex yprime.c,MATLAB,即呼叫,Visual C/C+(,先前選的,C,編譯器,),編譯,yprime.c,，並產生編譯的訊息,若無錯誤訊息，編譯完成後，,C,編譯器會產生,yprime.dll,或,yprime.mexw32,可執行檔,此即為,MATLAB,可呼叫的,C,函數，所在的位置可顯示如下,which yprime,D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,yprime.mexw32,14,可整理ppt,提示,在,MATLAB 7.1,之前，所產生的檔案是,yprime.dll,，但從,MATLAB 7.1,（含）之後，所產生的檔案是,yprime.mexw32,。,15,可整理ppt,開始前置測試,(VII),測試,yprime,執行,yprime(1,1:4),ans=,2.0000 8.9685 4.0000 -1.0947,MEX,檔案,MATLAB,可呼叫的可執行檔通稱,在其它電腦平台上，大部份以,mex,為此可執行檔副檔名的一部份,16,可整理ppt,整理：,MEX,檔案的副檔名,平台,MEX,檔案的副檔名,Sun OS 4.x,mex4,HP 9000/series 700,mexhp7,Alpha,mexds,SGI,mexsg,SGI 64,mexsg64,IBM RS/6000,mexrs6,Linux(32-bit),mexglx,Linux x86-64,mexa64,64-bit Solaris SPARC,mexs64,Microsoft Windows,(32-bit),dll,（,MATLAB7.1,前），,mexwin32,（,MATLAB 7.1,或更新）,Microsoft Windows(64-bit),dll,（,MATLAB7.1,前），,mexwin64,（,MATLAB 7.1,或更新）,Macintosh,(PPC),mexmac,Macintosh(Intel),mexmaci,17,可整理ppt,3-3 MATLAB,的資料結構及對應,API,MATLAB,變數的資料結構,MATLAB,內部只有一種資料型態,宣告成,mxArray,是一個,C,語言下的結構,(Structure),18,可整理ppt,mxArray,的,Structure,MATLAB,對應的變數名稱,維度,資料型態,實數或複數,是否為稀疏矩陣,(Sparse Matrix),19,可整理ppt,變數的實部和虛部,變數的實部和虛部,在每個,mxArray,結構，包含兩個指標,(Pointers),pr,及,pi,分別指到這個變數的實部和虛部,兩者都是資料型態為,double,的一維陣列,欲取得這兩個指標,用,MATLAB,提供的,API,函數,mxGetPr,及,mxGetPi,取得,可存取某個,MATLAB,變數內的所有數值,20,可整理ppt,MATLAB,提供的,API,函數,-mx,mx,為字頭的,API,函數,MATLAB,變數資料,(,型態為,mxArray),的存取,mxGetPr(,傳回實部指標,),mxGetPi(,傳回虛部指標,),mxGetM(,取得矩陣的橫列維度,),mxGetN(,取得矩陣的直行維度,),mxCreateDoubleMatrix,（產生變數型態為,double,的矩陣）,21,可整理ppt,MATLAB,提供的,API,函數,-mex,mex,為字頭的,API,函數,MATLAB,環境下執行的動作,mexErrMsgTxt,（在,MATLAB,印出錯誤訊息，並跳出,MEX,檔案）,mexCallMATLAB,（呼叫,MATLAB,引擎以執行,MATLAB,之數值運算）,mexPrintf,（在,MATLAB,印出訊息）,22,可整理ppt,MATLAB,提供的,API,函數,-mat,mat,為字頭的,API,函數,對,MAT,檔案的讀寫或處理,matGetArray,（從,MAT,檔案讀取,mxArray,陣列）,matDeleteArray,（從,MAT,檔案移除,mxArray,陣列）,23,可整理ppt,3-4,一個最簡單的,MEX,檔案,將一個輸入純量（資料型態為,double,）乘以,2,此程式碼已內建在,MATLAB,光碟中,MATLAB rootexternexamplesrefbooktimestwo.c,範例,3-1,：,scalarx2.c,有,timestwo.c,詳細的中文註解，並改名為,scalarx2.c,24,可整理ppt,簡單,MEX,檔案範例,(I),在,MATLAB,中，呼叫,C,編譯器對,scalarx2.c,進行編譯,mex scalarx2.c,編譯完後，確認可執行檔是否存在,which scalarx2,D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,scalarx2.dll,25,可整理ppt,簡單,MEX,檔案範例,(II),進行各項測試,scalarx2(8.5),ans=,17,scalarx2(String input),?Input must be a scalar.,scalarx2(1 2 3),?Input must be a scalar.,26,可整理ppt,MEX,檔案的說明,(I),同時有,scalarx2.m,及,scalarx2.mexw32,存在於同一目錄下,MATLAB,選用,scalarx2.mexw32,檔來執行,若輸入,help scalarx2,MATLAB,會列出,scalarx2.m,的線上輔助說明,有關,scalarx2.mexw32,的線上輔助說明，就必須置於,scalarx2.m,之內,27,可整理ppt,MEX,檔案的說明,(II),type scalarx2.m,function out=scalarx2(in),%SCALARX2 A scalar version of times two.,%This serves as an example of putting on-line help in an,%M-file,but the actual program body is in another MEX-file,%with the same major file name.,help scalarx2,SCALARX2 A scalar version of times two.,This serves as an example of putting on-line help in an,M-file,but the actual program body is in another MEX-file,with the same major file name.,which scalarx2,D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,scalarx2.mexw32,28,可整理ppt,3-5,處理二維矩陣的,MEX,檔案範例,將輸入二維矩陣（可能包含實部和虛部）乘以,2,範例,3-2,：,arrayx2.c,編譯程式,mex arrayx2.c,確認可執行檔的存在,which arrayx2,D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,yprime.mexw32,29,可整理ppt,二維矩陣範例,-1,進行測試,arrayx2(1 2 3),ans=,2 4 6,arrayx2(1+i 2+2i 3+3i;4 5 6),ans=,2.0000+2.0000i 4.0000+4.0000i 6.0000+6.0000i,8.0000 10.0000 12.0000,arrayx2(Test string),?Input must be a double.,30,可整理ppt,二維矩陣範例,-2(I),兩個輸入矩陣,A,和,B,矩陣旳大小分別是,pm,及,pn,分別代表由,m,個直行向量及,n,個直行向量所形成的集合每一個向量的長度都是,p,傳回一個距離矩陣,C,C(i,j),為向量,A(:,i),和向量,B(:,j),的矩離,31,可整理ppt,提示,大量資料的處理,一般的慣例都是將各個向量以直行向量的方式堆成一個矩陣，再進行各種處理,32,可整理ppt,二維矩陣範例,-2(II),範例,3-3,：,pairdist.c,編譯程式,mex pairdist.c,33,可整理ppt,二維矩陣範例,-2(III),測試程式,which pairdist,D:matlabBookMATLAB,程式設計：進階篇,03-,應用程式介面,pairdist.dll,pairdist(2 3,2 3 4),ans=,0 1 2,1 0 1,34,可整理ppt,二維矩陣範例,-2(IV),A=rand(2,3);,B=rand(2,4);,C=pairdist(A,B),C=,0.5104 0.9806 0.4544 0.5649,0.3562 0.2347 0.5911 0.2628,0.2101 0.5891 0.2675 0.1639,pairdist(string1,string2),?Input 1 is not a full numerical array!,35,可整理ppt,3-6,產生基本工作空間變數的,MEX,檔案範例,將輸入矩陣乘以,2,之後，存放成,MATLAB,基本工作空間中的一個變數,範例,3-4,：,putarray.c,測試程式,clear all,mex putarray.c,putarray(1 2 5),putarray_output is created in the base workspace.,whos,Name Size Bytes Class,putarray_output 1x3 24 double array,Grand total is 3 elements using 24 bytes,36,可整理ppt,檢視變數,putarray_output,由,putarray,所置放在,MATLAB,基本工作空間的變數，可以檢視,putarray_output,putarray_output=,2 4 10,這個範例可能的應用,從,RS232,埠讀取,GPS,傳回的資料，將資料進行處理後送入,MATLAB,的基本工作空間，,MATLAB,再根據此工作空間的變數進行即時的圖形繪製或成像,從影像擷取卡抓取影像資像，送入,MATLAB,的基本工作空間，,MATLAB,再根據此資料進行即時計算，例如人臉辨識或指紋辨識等,37,可整理ppt,3-7,對於結構陣列的處理,MATLAB,也提供比較複雜的資料結構，例如結構陣列、異質陣列等,可以撰寫,C,程式碼，來和,MATLAB,內部的結構陣列進行資料的交換和計算。,範例,3-5,：,matlabStruct2c.c,38,可整理ppt,結構陣列範例,1(I),測試程式,範例,3-5,：,matlabStruct2c01.m,mex matlabStruct2c.c,x(1).name=,林政源,;,x(1).phone=2796;,x(2).name=,陳江村,;,x(2).phone=3425;,x(3).name=,張永森,;,x(3).phone=3213;,matlabStruct2c(x),39,可整理ppt,結構陣列範例,1(II),結果,friend0.name=,林政源,friend0.phone=2796.000000,friend1.name=,陳江村,friend1.phone=3425.000000,friend2.name=,張永森,friend2.phone=3213.000000,由,MATLAB,印出來的訊息，事實上已經是,C,程式碼的結構陣列的欄位值。,40,可整理ppt,結構陣列範例,2,將,C,的結構陣列，送到,MATLAB,工作空間的結構陣列,範例,3-7,：,cStruct2matlab.c,測試程式,範例,3-8,：,cStruct2matlab01.m,1x3 struct array with fields:,name,phone,MATLAB,在工作空間的結構陣列,x,即是由,C,的結構陣列轉換出來的結果。,mex cStruct2matlab.c,x=cStruct2matlab,41,可整理ppt,3-8,從獨立的,C,程式來呼叫,MATLAB,引擎,可由獨立的,C,程式呼叫,MATLAB,引擎,已有一,C,程式碼，但想要使用,MATLAB,的特殊功能完成某些特定的工作,Ex:,使用,MATLAB,的數學功能，例如計算反矩陣、行列式、最小平方解、奇異值分解（,Singlar Value Decomposition,）等,使用,MATLAB,的圖形顯示功能，例如二維及三維圖形、動畫等,42,可整理ppt,提示,欲將獨立的,MATLAB,視窗應用程式轉換成單獨的可執行檔,Standalone Executable,不需安裝,MATLAB,就可運作的,.exe,檔案,需,MATLAB 5.x,和,6.x,的,Runtime Server,工具箱,將,MATLAB,視窗應用程式轉成,.exe,檔案，包含所有的圖形顯示功能,讓沒有安裝,MATLAB,的人使用,MATLAB 7.x,，,Runtime Server,工具箱已不存在，功能已搬到,MATLAB Compiler,工具箱,43,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,範例,(I),C,程式碼裡面啟動,MATLAB,並執行一個,M,檔案,plotSine.m,，同時秀出執行,whos,指令後的訊息，,C,的範例程式碼是,plotViaMatlab01.c,。,在,MATLAB,輸入命令編譯此,C,程式碼,範例,3-9,：,matlabEngine01.m,optsFile=matlabroot binwin32mexoptsmsvc60engmatopts.bat;,mex(-f,optsFile,plotViaMatlab01.c);,%,進行編譯,!plotViaMatlab01,%,測試程式,44,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,範例,(II),若一切無誤，將產生,plotViaMatlab01.exe,執行此程式碼後,啟動另一個,MATLAB,執行,plotSine.m,畫出右列圖形,45,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,範例,(III),同時跳出一個訊息視窗，以顯示,MATLAB,在執行,whos,指令後,的輸出訊息,同時工作列也會顯示一個,MATLAB,的圖示，代表,MATLAB engine,正在執行中。當你按下訊息視窗的確定後，,MATLAB engine,也就跟著結束。,46,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(I),首先產生一,MATLAB Engine,的物件，經由這個物件啟動,MATLAB,及和,MATLAB,溝通，經由下列程式碼完成,Engine*ep=engOpen(NULL);,47,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(II),再,來,假設欲呼叫的,MATLAB,程式,plotSine.m,與呼叫的,C,程式在同一目錄，將,MATLAB,切換到此目錄,將此程式所在目錄存入字串,buffer,：,_getcwd(buffer,BUFSIZE);,產生,MATLAB,內部字串變數,app,：,app=mxCreateString(buffer);,將字串變數,app,置入工作空間變數,appDir,：,engPutVariable(ep,appDir,app);,將,MATLAB,的工作目錄切換至字串,appDir,所指定的目錄,engEvalString(ep,cd(appDir);,48,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(III),最後就將我們想要呼叫的,MATLAB,程式,plotSine.m,傳入執行，即可大功告成：,engEvalString(ep,plotSine);,49,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(IV),接著我們要顯示,MATLAB,在執行,whos,之後所得到的輸出訊息,設定,buffer,可以接收,MATLAB,的輸出訊息：,engOutputBuffer(ep,buffer,BUFSIZE);,在,MATLAB engine,執行,whos,指令：,engEvalString(ep,whos);,顯示,buffer,的內容：,MessageBox(HWND)NULL,(LPSTR)buffer,(LPSTR)MATLAB-whos,MB_OK);,最後關閉,MATLAB engine,：,engClose(ep);,50,可整理ppt,如果發生編譯錯誤,可能是你所使用的編譯器不是,MSVC6.0,，此時要將編譯參數檔,optsFile,改成適合你所用的編譯器，常用的編譯參數檔案可以顯示如下：,範例,3-11,：,showOptsFile.m,bcc53engmatopts.bat df50engmatopts.bat msvc70engmatopts.bat,bcc54engmatopts.bat df60engmatopts.bat msvc71engmatopts.bat,bcc55engmatopts.bat intelc71engmatopts.bat,openwatc13engmatopts.bat,bcc55freeengmatopts.bat lccengmatopts.bat,wat11engmatopts.bat,bcc56engmatopts.bat msvc50engmatopts.bat,watengmatopts.bat,bccengmatopts.bat msvc60engmatopts.bat,編譯參數檔案名稱都符合*,engmatopts.bat,的格式，根據你使用的編譯器，就可以找到相關的編譯參數檔。,dir(matlabroot binwin32mexopts*engmatopts.bat),51,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(IV),在,C,程式碼內反覆將,MATLAB,命令送到,MATLAB,執行，而不用呼叫一個外部的,M,檔案。,範例,3-12,：,matlabEngine02.m,optsFile=matlabroot binwin32mexoptsmsvc60engmatopts.bat;,mex(-f,optsFile,plotViaMatlab02.c);,%,進行編譯,!plotViaMatlab02,%,測試程式,52,可整理ppt,C,呼叫,MATLAB,的重點,(V),執行,plotViaMatlab02.exe,之後，可以畫出自由落體的距離與時間關係圖，如右。,在,plotViaMatlab02.c,程式碼中，因為我們沒有使用,engClose(ep);,來關閉,MATLAB engine,，所以最後必須手動來關閉,MATLAB engine,。,53,可整理ppt,最後,有關更進一步如何使用,C,呼叫,MATLAB,引擎，可查閱,MATLAB Help,中的,External Interfaces/API,章節,Calling MATLAB from C and Fortran Programs,，有更詳細的介紹。,54,可整理ppt,