Java-呼叫R語言和呼叫Python（前後端展示）
2022-06-18 18:00:36
1. 背景
- R語言和Python用於資料分析和資料處理，並生成相應的直方圖和散點圖
- 需要實現一個展示平臺，後端使用Java，分別呼叫R語言和呼叫Python，並返回資料和圖給前端顯示
- 這個平臺主要實現多維度資料的特徵選擇，以及資料集協變數偏移（Covariate shift）的糾正的功能
- 本質就是一個Java呼叫R語言以及Java呼叫Python的Demo，做得很簡單，大神勿噴
2. 技術棧
- Java 用的是 Springboot
- R語言
- Python
- 前端用的是 Vue + ElementUI （前端只會點皮毛）
- MySQL
3. Java呼叫R語言
3.1 R語言安裝Rserve伺服器
在這之前需要分別對Java和R做些準備，首先是R語言安裝Rserve伺服器
Java呼叫R語言時，Rserve需要啟動，可以通過CMD命令列 / RStudio 執行
# 安裝Rserve
install.packages("Rserve")
# 載入Rserve
library(Rserve())
# 啟動Rserve
Rserve()
這裡使用CMD命令列展示啟動Rserve，這樣完成了Java呼叫R語言的第一步
3.2 Springboot新增Rsession依賴
新增Rsession依賴之後就可以直接調包了
<dependency>
<groupId>com.github.yannrichet</groupId>
<artifactId>Rsession</artifactId>
<version>1.8.3</version>
</dependency>
3.3 Java呼叫R常用命令
這裡演示一些我需求中Java呼叫R的一些方式，其中包括一些比較常用的方法
Java呼叫R的基本指令、R的圖片如何儲存並返回、R的結果如何獲取和過濾等
/**
* 這裡是Java呼叫R語言，R語言對多維度的資料進行特徵選擇，並將特徵選擇的結果返回，寫入MySQL
**/
public List<Map<String,String>> featureSelection(){
RConnection c = null;// RConnection用於和Rserve建立連線
try{
c = new RConncetion();// 建立連線
String RPath = "../featureSelection.R";// R檔案的地址
c.assign("path",Rpath);// assign命令是將Rpath新增到R中，命名為path
c.eval("source(path)");// eval命令是執行R命令，這裡則是執行source方法根據路徑載入R檔案
String Dpath = fileMapper.selectFilePath("train",1);// 通過MySQL獲取資料集路徑
String str = "rfProfile <- fsFunction('"+Dpath+"')";// R命令，執行我的R檔案中的方法
c.eval(str);//執行
// 出圖，因為是個Demo，圖片我就直接儲存在了本地，圖片以資料集名稱命名
String fileName = fileMapper.selectFileName("train", 1);//檔名
String imgPath = "D:/fileAndData/imgs/" + fileName + ".png";// 圖片儲存路徑
c.assign("imgPath",imgPath);
c.eval("png(imgPath)");// 使用R語言的png()方法儲存圖片
c.assign("mainName",fileName);
c.eval("print(plot(rfProfile,type='b',main=mainName))");// 想要出圖一定要套一個print()，不然會是空白
c.eval("dev.off()");// 出圖這個也是必不可少，自行百度瞭解
// 獲取特徵選擇的結果，結果使用String接收，需要通過正規表示式過濾一下我們需要的結果
c.eval("features <- rfProfile$optVariables");
// 獲取R的結果使用的是paste()以及capture.output()方法，相當於把輸出全捕獲過來了
String feature = c.eval("paste(capture.output(features),collapse='\\n')").asString();
// 獲取重要性得分
c.eval("impt <- varImp(rfProfile)");
String imptScores = c.eval("paste(capture.output(impt$Overall),collapse='\\n')").asString();
// 寫了個工具類過濾R返回的結果，可以根據你的輸出結果去定義
handlerRresults = new HandlerRresults();
List<Map<String, String>> stringStringMapList = handlerRresults.catchAndHandlerR(feature, imptScores);
fileMapper.deleteFileInfo(-1,"train");//-1 檔案已使用
String featsStr = handlerRresults.getFeatsStr(feature);
featMapper.insertFeat(featsStr);
return stringStringMapList;
} catch (RserveException | REXPMismatchException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
c.close(); // 一定要這一行！！！用完一定要關！！！
}
return null;
}
總結一個簡易的Java呼叫R的模板，R語言是按行執行的，無情eval()
public void JavaCallRDemo(){
RConnection c = null;
try{
c = new RConnection();
c.assign();//通過Java新增變數至R
c.eval();//Java執行R命令
} catch (RserveException | REXPMismatchException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
c.close();
}
}
3.4 Java呼叫R的特徵選擇前端演示
我的資料集是30維的，結果選取了其中5個特徵（Best trade-off）
這裡將特徵及其對應的重要性得分通過表格的形式展示
圖片則是通過Base64轉碼的方式傳給前端
4 Java呼叫Python
4.1 Java呼叫Python程式碼部分
Java呼叫Python，我使用的是Process類並通過Runtime呼叫其他程序
Runtime可以呼叫cmd、shell等，這裡我以我的專案為例稍作演示
/**
* Java使用Runtime呼叫python
**/
public String callPy(){
StringBuffer arr = new StringBuffer();// 用於獲取結果
String basePath = "d://fileAndData/process/";// demo都是將檔案直接存本地了，圖方便
// 以下為呼叫Python時傳遞的引數
String featName = featMapper.getFeat();
String trainPath = fileMapper.selectFilePath("train",-2);
String ptrainPath = basePath + fileMapper.selectFileName("train",-2);
String ptestPath = basePath + fileMapper.selectFileName("test",-2);
Process proc; //宣告一下Process
try{
// 字串陣列儲存一下呼叫命令：1.使用python3 2.呼叫某個.py檔案 3-6.傳遞的引數
String[] args = new String[]{"python3","../kmm.py",featName,trainPath,ptrainPath,ptestPath};
proc = Runtime.getRuntime().exec(args);// 呼叫命令，cmd方式
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(proc.getInputStream()));// 得到輸入流
String line = null;
while((line = in.readLine())!=null){
arr.append(line).append("\n");// 寫入
}
in.close();
proc.waitFor();
} catch (IOException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return arr.toString();
}
由於在我這個Demo中，Python指令碼執行完成後的結果全是散點圖
我的做法是python直接把圖儲存本地，python執行完成後呼叫介面通過Base64格式傳給前端
後來發現其實也可以直接將返回的Base64格式的圖片丟給前端，不用那麼麻煩
/**
* 這裡是一個我用於獲取某個資料夾下所有檔案，並轉為Base64格式的方法
* 因為我資料夾下只會有圖片，我Demo也就只做了一個判空校驗，直接開幹
* Controller層
**/
public List<String> getPyFigsListBase64(HttpServletResponse response){
String pyFilePath = "d://fileAndData/kmmImgs";// 圖片本地路徑
List<String> res = new ArrayList<>();
handlerPyresults = new HandlerPyresults();// 寫個了工具類
List<File> pyFiles = handlerPyresults.getAllFile(pyFilePath);// 獲取所有檔案
for(File file : pyFiles) {
byte[] fig = handlerPyresults.file2Byte(file);// file型別轉為byte[]型別
String base64str = Base64.encodeBase64String(fig);// byte[]轉為base64
String img = "data:image/png;base64," + base64str;// 新增頭，告訴前端這是個圖片
res.add(img);
}
return res;
}
/**
* file轉byte[]
**/
public byte[] file2Byte(File file){
if(file == null){
return null;
}
FileInputStream fileInputStream = null;
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
try {
fileInputStream = new FileInputStream(file);
byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
byte[] b = new byte[1024];
int n;
while ((n = fileInputStream.read(b))!=-1){
byteArrayOutputStream.write(b,0,n);
}
return byteArrayOutputStream.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
fileInputStream.close();
byteArrayOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return null;
}
4.2 Java呼叫Python結果演示
我的python指令碼主要是對資料集使用了KMM演演算法，是一種協變數偏移糾正的方法
通過散點圖反映測試集和訓練集之間的分佈情況和差異，這裡略...
5. 總結
這個專案是我碩士期間導師丟給我的一個需求，這裡說一下為什麼要用Java呼叫R語言和Python。
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首先我有一個伽馬射線的二分類任務，通過R語言使用多個傳統機器學習模型實現。
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在此之前使用R語言實現了多維度資料集的資料預處理、特徵選擇等功能，並且出圖方便，程式碼簡單。
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Python則實現了資料集協變數偏移糾正的功能，最終得到的資料集用於丟進模型做分類。
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這個平臺通過呼叫R和Python，整合了資料集預處理、協變數偏移糾正的方法，並且可以通過多個圖視覺化看到分析結果。平臺還實現了資料集上傳、下載等功能...
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主要是針對Java呼叫R語言以及呼叫Python作一個記錄，實際上平臺有許多細節都沒有顧慮到，相當於一個學習筆記吧。