python - 将 numpy 数组保存为二进制以从 FORTRAN 读取

Question

我有一系列 numpy 数组，我需要将这些 numpy 数组作为原始二进制 float32(没有任何头信息)循环保存，需要从 FORTRAN 中读取。

import numpy as np
f=open('test.bin','wb+')
for i in range(0,10):
    np_data=np.random.rand(10,5)
    fortran_data=np.asfortranarray(np_data,'float32')
  fortran_data.tofile(f)

f.close()

这是正确的方法吗，这样我就可以从 FORTRAN 中正确读取这个用 python 创建的二进制文件。我们将不胜感激您的建议

Answer 1

你写的代码几乎是正确的，但是 .tofile 方法总是按照 C 顺序编写向量。我不知道为什么 np.asfortranarray() 在写入二进制文件时避免了这种情况，但我测试过，不幸的是我们需要在写入之前转置矩阵以在 Fortran 中正确读取而没有任何其他问题(这意味着在 Fortran 中您可以给出实际的矩阵维数而不需要任何转置)。下面的代码是用 3D 矩阵(我通常需要使用)来说明我在说什么:

a = np.arange(1,10*3*4+1)
b = a.reshape(10,12,order='F')
array([[  1,  11,  21,  31,  41,  51,  61,  71,  81,  91, 101, 111],
   [  2,  12,  22,  32,  42,  52,  62,  72,  82,  92, 102, 112],
   [  3,  13,  23,  33,  43,  53,  63,  73,  83,  93, 103, 113],
   [  4,  14,  24,  34,  44,  54,  64,  74,  84,  94, 104, 114],
   [  5,  15,  25,  35,  45,  55,  65,  75,  85,  95, 105, 115],
   [  6,  16,  26,  36,  46,  56,  66,  76,  86,  96, 106, 116],
   [  7,  17,  27,  37,  47,  57,  67,  77,  87,  97, 107, 117],
   [  8,  18,  28,  38,  48,  58,  68,  78,  88,  98, 108, 118],
   [  9,  19,  29,  39,  49,  59,  69,  79,  89,  99, 109, 119],
   [ 10,  20,  30,  40,  50,  60,  70,  80,  90, 100, 110, 120]])

b 已经在 Fortran 顺序中

c=b.reshape(10,3,4, order='F')
print(c[:,:,0])
[[ 1 11 21]
 [ 2 12 22]
 [ 3 13 23]
 [ 4 14 24]
 [ 5 15 25]
 [ 6 16 26]
 [ 7 17 27]
 [ 8 18 28]
 [ 9 19 29]
 [10 20 30]]

然后我将矩阵 c 保存在一个二进制文件中:

c.T.tofile('test_c.bin')

因此，使用此 Fortran 代码，我能够以正确的顺序读取二进制数据，我在 Python 中创建了 c 矩阵:

PROGRAM read_saved_python
IMPLICIT NONE

INTEGER(KIND=8),ALLOCATABLE :: matrix(:,:,:)
INTEGER :: Nx, Ny, Nz

Nx = 10
Ny = 3
Nz = 4


ALLOCATE(matrix(Nx, Ny, Nz))


OPEN(33, FILE="/home/victor/test_c.bin",&
     FORM="UNFORMATTED", STATUS="UNKNOWN", ACTION="READ", ACCESS='STREAM')

READ(33) matrix


write(*,*) matrix(:,1,1)


CLOSE(33)
DEALLOCATE(matrix)

END PROGRAM read_saved_python

请注意，在 Fortran 中，索引从 1 开始，print 按列顺序显示(在本例中:打印第一列，然后是第二列，然后是第三列)。如果你不在此处转置矩阵 c.T.tofile('test_c.bin') 在 Fortran 中阅读时你会注意到矩阵不是你想要的，即使你使用函数 np.asfortranarray 和你一样(我什至尝试过 np.asfortranarray(c).T.tofile('/home/victor/teste_d.bin') (只是为了确定)但是矩阵在二进制文件中以 c 顺序写入。