MATLAB与VB混合编程方式简易教程
3.1 MATLAB与Visual Basic
语言的混合编程方式
MATLAB提供了与C/C++、Fortran语言的接口，但没有与Vsiual Basic语言的接口，要想实现MATLAB与Visual Basic的混合编程可以通过以下途径来实现。
1．通过ActiveX方式
一是用Visual Basic开发服务器ActiveX组件，MATLAB作为客户端程序使用，事实上无论是用VB还是VC或者其他语言环境开发的ActiveX组件，对于MATLAB来说集成与调用方式是一样的，一般情况下很容易地将不同环境下开发的用途各异的ActiveX对象集成到一个MATLAB应用中来。其使用方法见第5章关于MATLAB作为ActiveX的客户端使用方法。
二是在VB环境下可以通过ActiveX自动化接口将MATLAB作为Visual Basic语言的一个ActiveX 部件调用。MATLAB ActiveX自动化服务的功能主要包括在MA TLAB工作空间执行MA TLAB 命令，以及直接从工作空间存取矩阵等，我们在第5章中关于MA TLAB作为服务器组件的部分的例子就是以Visual Basic应用程序，以MATLAB作为服务器客户端的。
2．通过动态链接库方式
该种方式是一种间接调用MATLAB命令的方式，借助于C++与MA TLAB的接口，将MATLAB 的程序文件(.M文件)编译为动态链接库(.DLL)，VB在代码中与调用其他语言编写的DLL文件一样调用MATLAB中.M 文件生成的动态链接库。这种方法可以脱离具体的MA TLAB环境，运行效率较高。
3．通过嵌入VB的矩阵函数库MatrixVB的方法
MatrixVB是由第三方(mathtools公司)提供的COM组件，包含了大量与MATLAB相似的函数与调用语法，可以加强VB内建数学运算与图形展示功能，在VB程序代码中可以像使用VB自己的函数一样使用MatrixVB的函数，而且可以不依赖于MATLAB的环境在Visual Basic中完成矩阵运算与图形绘制显示等功能，这种方法使用起来简单，编程效率较高。MatrixVB函数库的功能大致可分为8大类(矩阵运算、运算符重载、图形图像处理、最优化运算、多项式、信号处理、随机与统计分析、控制系统)。
除以上3种方式外，我们还可以通过DDE的方式实现VB与MATLAB的数据通信。
3.2 MatrixVB 环境设置
3.2.1 在VB应用中引入MatrixVB
1．安装MatrixVB
(1) 系统要求为：
●硬盘空间8.8M以上；
●操作系统要求Windows 95及其以上版本，或者Windows NT 4.0及其以上版本。
(2) 在安装盘上找到Matrixvb4510.exe，双击后启动安装程序，并按照安装向导安装。
(3) 然后在“开始→运行”菜单中用命令regsvr32 mMatrix.dll注册，如图7-1所示。
图7-1 注册MatrixVb
2．建立EXE项目
(1) 启动VB开发环境并建立“标准EXE”项目，如图7-2所示。
图7-2 选择标准EXE工程模板
(2) 单击“打开”按钮，所建立的项目及开发界面如图7-3所示。
图7-3 VB项目及开发界面
3. 为项目引入MatrixVB
在project下拉菜单中单击References，在弹出的对话框中选中MMatrix项目，系统将加载MatrixVB的动态链接库MMatrix.DLL，如图7-4所示。
图7-4 引入MatrixVB的动态链接库
3.2.2 在VB中使用MatrixVB的命令与函数
1．采用立即窗口的形式
在项目中引入MatrixVB库后，在VB中可以直接在开发环境的“立即窗口”中输入MA TLAB命令，让VB编译器立即执行，如在MATLAB主窗口中一样。在View下拉菜单的中选择Immediate Windows选项在开发环境中得到“立即窗口”，如图7-5所示。
图7-5 VB中的立即窗口
例如，在“立即窗口”中输入如下命令：
A=eye(4,4)
A.show
命令将产生一个4行4列的单位矩阵，并在MatrixVB的观察窗口Matrix Viewer中显示结果，如图7-6所示。
图7-6 在VB立即窗口中产生矩阵
或者，在“立即窗口”中输入命令：
mesh(peaks(3))
将在MatrixVB的图形窗口Figure1中绘制并显示一个曲面网线图，如图7-7所示。
图7-7 通过立即窗口绘制曲面图
2．在VB程序代码中使用
可以将MatrixVB的函数与命令调用嵌入到VB程序代码中实现相应的功能，其函数与命令的使用方式类似于在MATLAB环境中的使用方式。例如，我们可以将上例中的功能在VB代码中实现，步骤为：
(1) 在上例的主窗口中增加一个按钮，如图7-8所示。
图7-8 为窗口Form1增加按钮
(2) 在按钮的Click事件处理过程中产生一个4行4列单位矩阵并显示，代码如下：
Private Sub Command1_Click()
A = eye(4, 4)
A.Show
End Sub
单击命令按钮运行程序，运行结果如图7-9所示。
图7-9 VB代码中用MatrixVB产生矩阵
同样，在代码中也可以嵌入MatrixVB绘制图形的函数与命令，将该例按钮的Click事件处理过程中的代码进行如下修改。
Private Sub Command1_Click()
mesh(peaks(30))
End Sub
运行结果如图7-10所示。
图7-10 通过嵌入MatrixVB命令绘图
在发布基于MatrixVB的VB应用程序时，应将相应的库文件随系统一起发布。这些文件包括：v4510v.dll、c4510v.dll、ago4510.dll、msvcrt.dll、msvcirt.dll和MMatrix.dll。由于MMatrix.dll是COM 服务器，所以必须在操作系统中注册后方可使用，注册时可使用如下命令行语句：
regsvr32 mMatrix.dll
如果目标操作系统是Windows 95，还必须发布另外两个OpenGL文件即opengl32.dll与glu32.dll，但在其他操作系统如Windows 98/Me/NT 4/2000等环境下，则不需要安装这些文件。
2.3 MatrixVB 的矩阵操作
矩阵是表示一组数据关系的组合，在MatrixVB中包含了许多矩阵分析函数，为了在VB中直接应用MatrixVB这些高效的计算方法，一般将VB中的数组当成矩阵进行处理，需要说明的是与matricVB矩阵元素相关的运算在VB中对应的数据类型一般为double类型。
2.3.1 在VB中生成MatrixVB矩阵
可以像在MATLAB命令窗口中那样，直接在VB中定义MA TLAB矩阵变量；也可以使用VB 的VARIANT通用型变量表示矩阵，其定义的方法如下：
Dim x As Variant
一般在VB中产生MatrixVB的方法主要有以下几种：
1．通过函数mabs转化为MatrixVB的矩阵
将VB中定义的数组通过函数mabs转化为MatrixVB的矩阵，格式为：
MATRIXVB_MATRIX=mabs(VB_ARRAY)
MATRIXVB_MATRIX为MatrixVB的矩阵名称，如同在MATLAB窗口中那样，不需要事先定义，VB_ARRAY是VB程序中定义的数组，也可以是单独的VB常量与变量。
修改图7-8中command按钮的Click事件的处理过程代码为：
Private Sub Command1_Click()
Dim A(1to 3,1to 3) As double
Dim i,j As integer
for i=1 To 3
for j=1 To 3
A(i,j)=CDbl(i+j)
Next
Next
B=mabs(A)
A. show
End Sub
该段代码首先定义了一个二维VB数组A，然后将其赋值，通过mabs函数转化为MatrixVB矩阵B并将其显示出来。
运行程序并单击该按钮，运行的结果如图7-11所示。
图7-11 通过函数mabs产生的MatrixVB矩阵
2．通过MatrixVB函数生成矩阵
可以使用MatrixVB中的特殊函数(如zeros()、ones()、magic()等)直接生成矩阵。如在VB程序代码中直接嵌入语句：
A=zeros(3,4)
A.show
结果将产生一个3行4列元素都为0的矩阵并将其显示出来。
在应用程序中我们也可以先定义变量，然后再赋值产生矩阵。产生矩阵VB支持的两种类型为Matrix与Variant的如下语句，都将产生一个3×4的0矩阵。
Dim mat As Matrix
Dim x As Variant
Set mat=zeros(3,4) '赋值为3×4的0矩阵
Set x=zeros(3,4) '赋值为3×4的0矩阵
3．通过函数 CreateMatrix
通过函数CreateMatrix创建的矩阵可以在创建过程中直接赋值，格式为：
CreateMatrix(p1 , p2 ,…, p n ,)
p1 , p2 ,…, p n为矩阵的值。
函数Reshape用来设置由函数CreateMatrix所创建的函数的维数，格式为：Reshap(X,rows,cols)
X为由CreateMatrix创建的矩阵，rows为指定的行数，cols为指定的列数，如下例所示：
A=CreateMatrix(1,2,3,4,5,6,7,8,9)
Reshap(A,3,3)
A.Show
创建一个矩阵，并将其指定为3行3列，结果如图7-12所示。
图7-12 由CreateMatrix 产生的MatrixVB矩阵
2.3.2 对矩阵元素进行操作
1．矩阵元素的存取及与VB的数据转换
(1) 通过圆括号方式访问MatrixVB矩阵，但是这种方式只能对矩阵元素进行写操作，其格式如同访问VB的数组元素一样，例如：A是一个二维矩阵则下列代码：
A(i,j)=2.0
可以将矩阵的第i行第j列赋值为1。
(2) MatrixVB矩阵属性rN、iN可以以读写的形式访问矩阵X中的每个元素的实部和虚部，其中N表示矩阵的维数，例如，对于一维MatrixVB矩阵A
A.r1(i)=12'写操作
a=A.r1(i+1) '读操作
将矩阵A的第i个元素赋值为12，将第i+1个元素赋值给VB中的变量a。
再如，对于二维矩阵B
B.r2(i,j)=12
a=B.r2(i,j)
将矩阵B的第i行j列元素赋值为12，将矩阵B的第i行第j列元素赋值给VB中的变量a，要通过iN的方式来访问。
(3) X.simple可以将MatrixVB矩阵X转换为VB中的数据类型。在X为只有一个元素的矩阵情况下，若X为一个实数则将值转换为VB中的Double类型，如：
Dim S As Double
A=CreateMatrix(1.0)
S=A.simple
若X为一个字符的单元素矩阵，则X.simple返回一个VB中的字符串类型；若X为由多个元素的一维或者多维矩阵，则该表达式将返回一个矩阵，但不能自动转换为VB中相应的一维或者多维数组。
2．矩阵的显示
属性show具有打开Matrix viwer窗口显示矩阵内容的功能，格式为：
X.Show
3．获得矩阵的行、列、维数
利用函数rows()、cols()、dims()、dimension(n)返回矩阵的行数、列数、维数及第n维数的个数属性，与这些属性相关的VB中的数据类型一般为integer类型，如，对于二维矩阵A，下面的
代码将得到矩阵的函数与列数，并将其赋值给VB中的变量。
a=A.rows()' 获得矩阵的行数
b=A.cols()' 获得矩阵的列数
c=dims()' 获得矩阵的维数
d=dimension(1) ' 第一维的个数
例如，在VB程序中产生一个MatrixVB矩阵并修改其元素的值，获得其属性并输出，修改图7-8中command按钮的Click事件的处理过程。代码为：
Private Sub Command1_Click()
'定义变量用于接收MatrixVB中矩阵元素的值或属性值
Dim xr As double
Dim xi As double
Dim i As integer
Dim row As integer
Dim col As integer
Dim dims As integer
A=zeros(3) '产生一个3行3列的零矩阵
'给矩阵赋值
for i=1 To 3
for j=1 To 3
A(i,j)=CDbl(i+j)
Next
Next
A.show'显示矩阵
xr=A.r2(2,2) '获得矩阵2行2列的值
row=A.rows()'获得行数
col=A.col()'获得列数
dims=A.dims()'获得维数
'输出属性
Print "行数为："；
Print row;
Print "列数为："；
Print col;
Print "维数为："；
Print col;
End Sub
运行程序并单击command1按钮，结果如图7-13和7-14所示。
图7-13 显示矩阵
图7-14 显示矩阵元素的值及属性
2.3.3 矩阵的保存与载入
使用vbsave命令将矩阵写入磁盘文件中，并将数据文件中保存的文件读到程序中。语法格式分别为：
vbsave filename variable
vbload(filename)
例如以下代码将产生的魔方矩阵A保存到文件magic.txt中，并读到B中
A=magic(3)
vbsave "magic.txt" A
B=vbload("magic.txt")
也可以使用MatrixVB提供的与C语言语法格式相似的函数来对特定格式的文件进行读写，把矩阵所有的元素都输出为一列，数据文件只能用Dos方式打开，如：
Dim fid As Variant
Dim A As Variant
Dim B As Variant
A = magic(4)
fid = fopen("one.txt", "w")
Call fprintf(fid, "%g\n", A)
Call fscanf(fid, "%g\n", B)
fclose (fid)
2.3.4 应用举例
我们下面考虑将第5章中的计算器用MatrixVB来实现，并增加矩阵的行列式运算，LU分解。
(1) 建立一个工程，工程名为Project1，工程类型为Standard EXE，如图7-15所示。
图7-15 新建VB工程
(2) 按照7.2节步骤创建工程并设置环境。
(3) 在主窗口上添加若干控件，如图7-16所示。
图7-16 应用主界面
各控件的类型、名称、标题及作用如表7-1所示：表7-1 主窗口控件
(4) 声明模块级的变量。
'定义保存原始数据的矩阵及表示当前行列的变量
Dim mat As Variant
Dim i As Integer
Dim j As Integer
(5) 为主窗口Form的Load事件编写代码。
Private Sub Form_Load()
Set mat = zeros(4, 4) '产生一个4×4的零矩阵
'向组合框增加计算选项字符串
Combo1.AddItem "转置"
Combo1.AddItem "逆矩阵"
Combo1.AddItem "特征值"
Combo1.AddItem "LU分解"
Combo1.AddItem "SVD分解"
Combo1.AddItem "行列式"
i = 1
j = 1
End Sub
(6) 为Command2的Click事件处理过程编写代码。
Private Sub Command2_Click()
Dim row As Integer
Dim col As Integer
Dim temp As Double
Label1.Caption = "当前行，列为" & CStr(i) & ", " & CStr(j)
mat(i, j) = CDbl(Text1.Text) '接收文本框中输入的数据到mat中
temp = CDbl(Text1.Text)
Print temp; '将当前输入的数据输出
'设置输出的行，列值，当行数大于4时输出结束
If j Mod 4 = 0 Then
i = i + 1
j = 1
Else
j = j + 1
End If
Text1.Text = "0"
If i = 4 Then
i = 1
j = 1
Text1.Text = ""
MsgBox "输入已经结束"
Command2.Enabled = False
Exit Sub
End If
End Sub
(7) 为Command1的Click事件编写代码。
'判断计算类型然后对mat矩阵进行相应的操作并将结果输出
Private Sub Command1_Click()
If Combo1.Text = "转置" Then
A = transpose(mat)
A.Show
ElseIf Combo1.Text = "逆矩阵" Then
B = inv(mat)
B.Show
ElseIf Combo1.Text = "特征值" Then
C = eig(mat)
v = C(1) 'C(1)为特征值向量，C(2)为主对角线为特征值的方阵
v.Show
ElseIf Combo1.Text = "LU分解" Then
D = lu(mat)
l = D(1) 'D(1)为下三角矩阵，D(2)为上三角矩阵，D(3)为交换矩阵
l.Show
ElseIf Combo1.Text = "SVD分解" Then
E = svd(mat) 'E[2]为对角线为奇异值的矩阵,E[1],E[3]为正交矩阵
v = E(1)
v.Show
ElseIf Combo1.Text = "行列式" Then
F = det(mat)
Print F.Simple '将行列式的值输出到窗口上
End If
End Sub
(8) 为Command 4的Click事件处理过程编写代码。
i = 1
j = 1
Form1.Cls
If Command2.Enabled = False Then
Command2.Enabled = True
End If
此外读者可以尝试进行编程求矩阵的范数，秩等运算。
说明：
(1) 与通过ActiveX自动化服务器方式相比，采用MatrixVB使得代码简练，它不需要在不同的环境中交换数据，也不必启动MATLAB的环境即可得到运算的结果。
(2) 有些矩阵运算函数可以返回若干个矩阵，如LU分解等，一般可以通过X(n)方式来区分。
(3) 有些针对一个二维矩阵的运算返回的是一个一维向量或单独的值，如矩阵的特征值或行列式值、范数等。
3.4 MatrixVB的运算符
VB不支持运算符的重载，例如“+”只能用于标量的加法运算，但在MatrixVB组件包中提供了一组函数用于扩展VB本身的运算符的适用范围，这些函数不仅能对MatrixVB矩阵进行算术运算，而且可以对VB支持的数据类型进行相同的运算，或者进行二者的混合运算。因此这些函数相当于扩展了VB运算符的范围。可以像使用MatrixVB组件包中其他函数一样对这些函数进行调用。我们可以将MatrixVB运算符函数分为算术运算符函数、关系运算符函数和逻辑运算符函数等。
值得注意的是，虽然MatrixVB的这一组函数可以用于VB的某些数据类型的变量或常量，但VB 的运算符却不能用于MatrixVB矩阵。
3.4.1 算术运算符
矩阵的算术运算符及与VB对应的运算符如表7-2所示。
表7-2 MatrixVB的算术运算符函数及与VB相关运算符的对应关系
说明：
(1) a和b可以都为VB所支持的整型，浮点型变量或者常量，运算的结果为MatrixVB标量矩阵，此时与VB的运算符所起的作用是一样的，如：
Dim x As Double
Dim y As integer
x=4.0
y = 2
C = power(x, y)
C.Show
运算的结果为16，如图7-17所示。
图7-17 4.0的2次方
(2) a与b都为MatrixVB矩阵，此时二者的维数、大小均要一致，所做的运算为二个矩阵对应元素的运算，如：
A = CreateMatrix(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
B = CreateMatrix(2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4)
A = reshape(A, 3, 3)
B = reshape(B, 3, 3)
C = power(A, B)
C.Show
结果将产生一个矩阵C，其中任一元素C(i,j)的值为A矩阵对应元素A(j,i)的B(j,i)次方，计算结果如图7-18所示。
图7-18 矩阵A的B次方
(3) a与b中一个为MatrixVB矩阵，一个为VB中的数据类型(整型，浮点型)的标量，所做的运算为该标量对矩阵每个元素的算术运算，如：
A = CreateMatrix(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
A = reshape(A, 3, 3)
B = power(A, 2)
B.Show
结果产生一个每一个元素为矩阵A对应元素值2次方的矩阵，如图7-19所示。