Java和Maltab混合编程研究u.doc

Java和matlab混合编程研究摘要：为了能结合Java和Matlab两者的优点，构造功能更加强大的科学计算环境，对如何进行Java和Matlab混合编程进行了研究，首先介绍了Java调用Matlab函数的基本方法，在此基础上结合工程上的实际应用，解决了材料力学中三向应力的求解问题。关键词：Java ；Matlab；三向应力0、 引言M a t l a b是美国M a t h W o r k s公司推出的一款可视化的数值计算软件，是目前学术界和工程界最为流行的科学计算工具，具有强大的数值计算，矩阵计算，信号处理和图形图像处理功能。不过Matlab虽然功能强大，但界面开发能力较差，并且其程序不能脱离Matlab环境独立运行。Java是一种可靠稳定、跨平台、面向对象的语言。其语言本身的安全性很高并引入了一些日益重要的复杂任务，比如多线程和网络编程，这些工作用java实现起来轻而易举。然而，Java在数据分析和处理方面的能力却不那么突出，尤其是在对数组矩阵之类的数据进行操作时会因为多次循环而速度变得缓慢，这在数组或矩阵位数很大时缺点尤为突出1。如果用Matlab和java混合编程开发Windows的应用程序则可以实现优势互补，缩短开发时间，降低程序设计的复杂度。同时程序可以脱离Matlab环境独立运行，在工程计算和教学实践中都具有实际意义。1、 使用java调用Maltab函数的基本方法使用java调用Maltab函数的基本方法是：通过Java Builder实现Java调用Matlab。在Java环境中直接调用Matlab所生成的Jar包。下面以在Java中产生任意维数的魔方矩阵，计算任意矩阵的特征向量和特征值，对两组数据进行拟合并绘制拟合曲线三个实例来说明通过Java Builder实现Java调用Matlab的过程。传统的纯Java编程实现上述实例非常复杂，甚至很难完成。这一问题在Matlab中只需要调用几个函数即可完成。1.1、将Matlab函数包装成Java类首先在Matlab中编写三个M文件：Eig.mfunction v,d=Eig(input)format longv,d=eig(input);EndMagic.mfunction f =Magic( input )f=magic(input);endPlot.mfunction Plot(x,y )p=polyfit(x,y,3);t=min(x):max(x)/100:max(x);s=polyval(p,t);plot(x,y,*,t,s);title(数据拟合结果);xlabel(x);ylabel(y);end其次，在Matlab中新建一个Deployment Project,名称为MyProject.prj，类型为Java package。在Project中新建三个Class，分别为GetEig，GetMagic，PolyFit。将Eig.m，Magic.m，plot.m分别添加到上述Class中。之后点击Builder the project，等待编译成功即可。1.2、在Java中调用Matlab函数新建一个Java类JavaMatlab，并引入相关的包。import com.mathworks.toolbox.javabuilder.*;/引入Matlab相关包import MyProject.*;/引入建立的包及类调用时Java与Matlab之间的参数传递需要通过MWNumericArray完成。具体的调用代码如下：package org.genius.ExpandJava;import MyProject.*;import com.mathworks.toolbox.javabuilder.*;public class JavaMatlab public static void main(String args) MWNumericArray a = null; / 用于保存矩阵MWNumericArray ax = null; / 用于保存矩阵MWNumericArray ay = null; / 用于保存矩阵Object result = null; / 用于保存计算结果GetEig getEig = null;GetMagic getMagic=null;PolyFit polyFit=null;int r = 4; / 魔方矩阵维数int array=50,-20,0,-20,80,60,0,60,-70;double x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1;double y=-0.447,1.978,3.28,6.16,7.08,7.34,7.66,9.56,9.48,9.3,11.2;try /产生魔方矩阵并打印a = new MWNumericArray(r, MWClassID.DOUBLE);getMagic = new GetMagic();result = getMagic.Magic(1,a);System.out.println(产生的四维魔方矩阵:);System.out.println(result0);MWArray.disposeArray(result); /计算所给矩阵的特征向量和特征值并打印结果a = new MWNumericArray(array, MWClassID.DOUBLE);getEig = new GetEig();result = getEig.Eig(2, a);System.out.println(原始矩阵:);System.out.println(a.toString();System.out.println(得到的特征向量:);System.out.println(result0);System.out.println(得到的特征值:);System.out.println(result1);MWArray.disposeArray(result);ax = new MWNumericArray(x, MWClassID.DOUBLE);ay = new MWNumericArray(y, MWClassID.DOUBLE);polyFit = new PolyFit();result=polyFit.Plot(ax,ay);polyFit.waitForFigures(); catch (Exception e) System.out.println(Exception: + e.toString();finally / 释放本地资源MWArray.disposeArray(a);MWArray.disposeArray(ax);MWArray.disposeArray(ay);MWArray.disposeArray(result);getEig.dispose();getMagic.dispose();polyFit.dispose();程序的运行结果如下图所示：2、 Java和Matlab混合编程在工程中的应用。在材料力学和弹、塑性力学中，三向应力状态的分析，尤其是主应力的计算十分重要，主方向和切应力的计算须先求出主应力，但一般三向应力状态的主应力的计算非常繁琐，工程上常用的图解法等，只能得到近似值。而运用Matlab编程进行应力分析则能方便快捷的得到精确解。再结合Java的图形界面，跨平台的优势，就能得到一个方便，实用的三向应力分析程序。2.1、三向应力状态分析原理三向应力状态单元体应力情况可表示为应力矩阵：由切应力互等定理有该单元体内任意斜截面ABC全应力P在三个方向的分量为：其主应力及主方向为该点应力矩阵的特征值以及对应的特征值2。在上述的结论下，便可利用前面得到的GetEig函数，用Java和Matlab混合编程得到一个跨平台的，界面友好简洁实用的三向应力分析软件。软件截图如下所示：3、 总结本文通过几个实例，介绍了Java与Matlab混合编程实现的过程。通过混合编程，在进行数据计算及图形处理时，可以在Matlab中完成数据处理过程，然后在Java中调用相应的Matlab函数，充分利用了Matlab强大的数据处理能力，大大提高了开发效率。最后解决了材料力学