□劉廷

C#與MATLAB混合編程在水閘數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)中的應(yīng)用

□劉廷

為了實現(xiàn)水閘的優(yōu)化設(shè)計，本文在分析C#和MATLAB各自編程優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，結(jié)合MATLAB遺傳算法工具箱在水閘數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了C#與MATLAB混合編程的過程，并用具體的工程實例證明了該方法的可行性及正確性。

C#；MATLAB；混合編程；水閘；遺傳算法

Microsoft Visual C#和MATLAB分別是Microsoft公司和Math Works公司開發(fā)的兩種高級編程語言，在程序設(shè)計上優(yōu)勢各異，為了最大程度上實現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補，提高編程效率，本文以MATLAB 2011與VS2010作為開發(fā)環(huán)境，以MATLAB遺傳算法工具箱在水閘數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)中的應(yīng)用為例詳細(xì)講解了MATLAB 2011與VS2010混合編程的流程和其中應(yīng)注意的問題。

1.C#與MATLAB混合編程

C#與MATLAB混合編程有多種實現(xiàn)方法，本文采用靈活性較好、集成度較高的動態(tài)鏈接庫技術(shù)實現(xiàn)C#對MATLAB函數(shù)的調(diào)用。

1.1 MATLAB創(chuàng)建動態(tài)鏈接庫(DLL)

在MATLAB 2011版本中，已經(jīng)對.NET混合編程提供了良好的接口和編程向?qū)В唧w步驟為：在Command Window窗口內(nèi)輸入“deploytool”，在彈出的Deployment Project對話框中輸入工程名稱、存儲位置等，并在Type下拉框中選擇“.Net Assembly”類型，然后，在彈出的.Net Assembly對話框中，點擊[Add class]創(chuàng)建新類ycsf，并將提前準(zhǔn)備好的遺傳算法函數(shù)主文件（ycsf.m）添加到新建的ycsf類中，單擊Build按鈕等待編譯完成即可生成ycsf.dll文件。

1.2 C#調(diào)用動態(tài)鏈接庫(DLL)

在已經(jīng)創(chuàng)建的C#項目工程的解決方案資源管理器中，添加引用，選擇

1.1 中創(chuàng)建好的ycsf.dll文件，并在程序代碼的頭文件部分添加using ycsf。因為ycsf.dll本質(zhì)上是把ycsf.m函數(shù)封裝在ycsf類中生成的一個類庫，所以，使用該函數(shù)前必須首先進(jìn)行實例化。

1.3 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

由于C#與MATLAB的數(shù)據(jù)類型不同，所以為實現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)類型的相互轉(zhuǎn)換，需要按照1.2的步驟添加對MWArray的引用，并在C#的頭文件中添加using MathWorks.MATLAB.NET. Arrays和using MathWorks.MATLAB. NET.Utility。

優(yōu)化前后結(jié)果表

C#數(shù)據(jù)向MATLAB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：若C#數(shù)據(jù)是int、double、float、char等非數(shù)組型的變量則可以直接傳遞給MATLAB，若C#數(shù)據(jù)是數(shù)組類型，則再根據(jù)是什么類型的數(shù)組變量先傳遞給對應(yīng)的MWArray子類（如MWNumericArray、MWCharArray等），再通過這些子類傳遞給MWArray類型的變量。

MATLAB數(shù)據(jù)向C#數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：MATLAB輸出的數(shù)據(jù)與輸入的數(shù)據(jù)一樣，都是MWArray類型，所以C#中接收到的MATLAB返回的數(shù)據(jù)必須先強制轉(zhuǎn)換為MWArray對應(yīng)的子類型，再轉(zhuǎn)換成C#中的數(shù)據(jù)類型。

2.應(yīng)用實例

本文以位于清涼江側(cè)江河干渠渠首的某水閘為例，設(shè)計流量45m3/s，閘下設(shè)計水位17.731m，上游設(shè)計擋水位為清涼江10年一遇洪水位17.88m，將過閘總凈寬(x1)、閘墩厚度(x2)、閘室長度(x3)、閘門位置(x4)、閘底板厚度(x5)、鋪蓋長度(x6)6個變量作為基本優(yōu)化變量，以水閘總造價最小為目標(biāo)函數(shù)F(x)，考慮了規(guī)范所規(guī)定的各種約束條件，優(yōu)化時對典型剖面做了適當(dāng)簡化，通過C#與MATLAB混合編程建立了水閘的優(yōu)化設(shè)計模型，并實現(xiàn)了預(yù)期的效果。優(yōu)化結(jié)果見下表。

3.結(jié)論

本文以MATLAB遺傳算法工具箱在水閘數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)閘室的優(yōu)化計算中的應(yīng)用為例，詳細(xì)講解了MATLAB與C#混合編程的流程以及應(yīng)注意的問題，并通過實例驗證了整個流程的可行性和正確性，這對非計算機專業(yè)的技術(shù)人員來說具有很大的實用價值，因此，C#與MATLAB混合編程的思路具有一定的參考價值和較好的應(yīng)用范圍。□

2016-05-06

劉廷，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，工程師。