什么是 Python 中 Matlab 中的“fread”等价物？

Posted 2023-02-18

【中文标题】什么是 Python 中 Matlab 中的“fread”等价物？

【英文标题】：What is the equivalent of 'fread' from Matlab in Python?

【发布时间】：2011-01-09 21:39:26

【问题描述】：

我对 Matlab 几乎一无所知，需要将一些解析例程翻译成 Python。它们用于大文件，它们本身被分成“块”，我从文件顶部的校验和开始就遇到了困难。

Matlab 到底发生了什么？

status = fseek(fid, 0, 'cof');
fposition = ftell(fid);
disp(' ');
disp(['** Block ',num2str(iBlock),' File Position = ',int2str(fposition)]);

% ----------------- Block Start ------------------ %
[A, count] = fread(fid, 3, 'uint32');
if(count == 3)
    magic_l = A(1);
    magic_h = A(2);
    block_length = A(3);
else
    if(fposition == file_length)
        disp(['** End of file OK']);
    else
        disp(['** Cannot read block start magic !  Note File Length = ',num2str(file_length)]);
    end
    ok = 0;
    break;
end

fid 是当前正在查看的文件 iBlock 是您在文件中所在的“块”的计数器

magic_l 和magic_h 稍后会处理校验和，这里是代码（直接从上面的代码开始）：

disp(sprintf('  Magic_L = %08X, Magic_H = %08X, Length = %i', magic_l, magic_h, block_length));
correct_magic_l = hex2dec('4D445254');
correct_magic_h = hex2dec('43494741');

if(magic_l ~= correct_magic_l | magic_h ~= correct_magic_h)
    disp(['** Bad block start magic !']);
    ok = 0;
    return;
end

remaining_length = block_length - 3*4 - 3*4;   % We read Block Header, and we expect a footer
disp(sprintf('  Remaining Block bytes = %i', remaining_length));

%08X 和 hex2dec 是怎么回事？ 另外，为什么指定3*4 而不是12？

真的，我想知道如何在 Python 中复制 [A, count] = fread(fid, 3, 'uint32');，因为 io.readline() 只是提取文件的前 3 个字符。抱歉，如果我在这里的某个地方遗漏了要点。只是在文件上使用io.readline(3) 似乎返回了它不应该返回的东西，而且我不明白block_length 在可能很长的情况下如何适合单个字节。

感谢您阅读本文。我希望你能理解我想知道的那种！ （任何见解都值得赞赏。）

【问题讨论】：

您可能想考虑拆分问题并将第二部分移动到另一个问题中，标题有点误导。

【参考方案1】：

读取一维数组的 Python 代码

在用Python替换Matlab时，我想将二进制数据读入numpy.array，所以我用numpy.fromfile将数据读入一维数组：

import numpy as np

with open(inputfilename, 'rb') as fid:
    data_array = np.fromfile(fid, np.int16)

与其他 Python 解决方案相比，使用 numpy.fromfile 的一些优势包括：

不必手动确定要读取的项目数。您可以使用count= 参数指定它们，但默认为-1，表示读取整个文件。

能够指定一个打开的文件对象（就像我在上面使用fid 所做的那样）或者你可以指定一个文件名。我更喜欢使用打开的文件对象，但如果您想使用文件名，可以将上面的两行替换为：

data_array = numpy.fromfile(inputfilename, numpy.int16)

二维数组的 Matlab 代码

Matlab 的fread 能够将数据读入[m, n] 形式的矩阵，而不仅仅是将其读入列向量。例如，要将数据读入具有 2 行的矩阵，请使用：

fid = fopen(inputfilename, 'r');
data_array = fread(fid, [2, inf], 'int16');
fclose(fid);

二维数组的等效 Python 代码

您可以使用 Numpy 的 shape 和 transpose 在 Python 中处理这种情况。

import numpy as np

with open(inputfilename, 'rb') as fid:
    data_array = np.fromfile(fid, np.int16).reshape((-1, 2)).T

-1 告诉 numpy.reshape 根据另一个维度（相当于 Matlab 的 inf 无穷大表示）推断该维度的数组长度。 .T 对数组进行转置，使其成为二维数组，其中第一维（轴）的长度为 2。

【参考方案2】：

来自documentation of fread，它是一个读取二进制数据的函数。第二个参数指定输出向量的大小，第三个参数指定所读取项目的大小/类型。

为了在 Python 中重新创建它，您可以使用 array 模块：

f = open(...)
import array
a = array.array("L")  # L is the typecode for uint32
a.fromfile(f, 3)

这将从文件f 中读取三个uint32 值，之后在a 中可用。来自fromfile的文档：

从文件对象 f 中读取 n 个项目（作为机器值）并将它们附加到数组的末尾。如果可用的项目少于 n 个，则会引发 EOFError，但可用的项目仍会插入到数组中。 f 必须是真正的内置文件对象；其他带有 read() 方法的东西是不行的。

数组实现了序列协议，因此支持与列表相同的操作，但您也可以使用.tolist() 方法从数组创建普通列表。

【讨论】：

不知何故，我在a = array.array('i'), a.fromfile(fid, count) 和numpy.fromfile(fid, numpy.int16)...33947761、-157220022 与 113、518 之间得到了不同的结果。当我使用 TEXBAT cleanStatic.bin 文件作为 fid (radionavlab.ae.utexas.edu/datastore/texbat).. .什么可以改变以获得相同的结果？

【参考方案3】：

真的，我想知道如何复制[A, count] = fread(fid, 3, 'uint32');

在 Matlab 中，fread() 的签名之一是fread(fileID, sizeA, precision)。这会读入文件的第一个sizeA 元素（不是字节），每个元素的大小都足以容纳precision。在这种情况下，由于您正在阅读uint32，因此每个元素的大小为 32 位或 4 字节。

因此，请尝试使用 io.readline(12) 从文件中获取前 3 个 4 字节元素。

【参考方案4】：

Torsten 的回答涵盖了第一部分...无论如何，您将需要 array 或 numarray 来处理这些数据。

至于 %08X 和 hex2dec 的东西，%08X 只是那些 unit32 数字的打印格式（8 位十六进制，与 Python 完全相同），而 hex2dec('4D445254') 是 0x4D445254 的 matlab。

最后，matlab中的~=是按位比较；在 Python 中使用 ==。