藥學(xué)計算網(wǎng)站建設(shè)中Java調(diào)用MATLAB的應(yīng)用研究

摘要：本課題使用MATLAB編寫計算藥代動力學(xué)隔式模型及參數(shù)的函數(shù)，并使用MATLAB提供的MATLAB Builder JA接口，將MATLAB函數(shù)轉(zhuǎn)化為Java類，通過J2EE開發(fā)技術(shù)架構(gòu)網(wǎng)站并實現(xiàn)藥學(xué)數(shù)據(jù)分析功能。

關(guān)鍵詞：藥學(xué)計算；Java；MATLAB

目前國內(nèi)外的藥學(xué)計算軟件已經(jīng)基本能滿足藥學(xué)相關(guān)人員對藥學(xué)數(shù)據(jù)分析的基本要求，但是不足之處在于使用者必須安裝其軟件，有的軟件甚至需要學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)比較復(fù)雜的編程語言才可使用。如MATLAB繪圖功能比較強大，使用該軟件可以基本滿足使用者對藥學(xué)數(shù)據(jù)的處理要求，但是同樣需要學(xué)習(xí)MATLAB的編程語言，以及必須安裝該軟件。基于SaaS（軟件即服務(wù)）的云計算思想，作為將來的重要發(fā)展領(lǐng)域的藥學(xué)計算網(wǎng)絡(luò)或許可以使使用者免去安裝軟件的麻煩。本研究在藥學(xué)計算網(wǎng)站建設(shè)中嘗試讓使用者只要連接網(wǎng)絡(luò)，就可以借助于MATLAB的強大功能，實現(xiàn)部分藥學(xué)計算，而不必學(xué)習(xí)MATLAB的相關(guān)編程語言，也不需要安裝MATLAB軟件，并能隨時隨地的進(jìn)行藥學(xué)數(shù)據(jù)分析和處理[1]。

1網(wǎng)頁部分的設(shè)計

使用HTML超文本標(biāo)記語言制作web網(wǎng)頁，并加入CSS層疊樣式表。應(yīng)用J2EE開發(fā)技術(shù)架構(gòu)網(wǎng)站，將網(wǎng)頁邏輯、網(wǎng)頁設(shè)計和顯示分離。應(yīng)用MVC設(shè)計模式提高應(yīng)用的可擴展性及可維護(hù)性。

Apache Tomcat服務(wù)器是一個免費的Web 應(yīng)用服務(wù)器，運行時占用的系統(tǒng)資源非常小，并且擴展性好，支持負(fù)載平衡與郵件服務(wù)等開發(fā)網(wǎng)頁常用的功能，是開發(fā)和調(diào)試JSP 程序的首選。所以在中小型系統(tǒng)和并發(fā)訪問用戶不是很多的場合下被普遍使用，因此本課題選擇Apache Tomcat 7.0作為本網(wǎng)站的服務(wù)器。

網(wǎng)站建立了簡單的數(shù)據(jù)錄入界面，盡可能使操作變的簡潔以方便非計算機專業(yè)人員使用。輸出數(shù)據(jù)時，盡可能完整的將需要的參數(shù)及圖形輸出。應(yīng)用MYSQL6.0數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫存儲用戶信息、用戶輸入的數(shù)據(jù)等。使用MATLAB中的接口MATLAB Builder JA將一些能實現(xiàn)相關(guān)藥學(xué)分析的函數(shù)轉(zhuǎn)化為Java類，以便在網(wǎng)頁中調(diào)用，實現(xiàn)藥學(xué)數(shù)據(jù)分析功能，輸出常用的隔式模型的各種參數(shù)，并實現(xiàn)將MATLAB生成的圖形嵌入到HTML中。

2隔式模型方程及參數(shù)

2.1靜脈注射一室模型的藥動學(xué)方程及參數(shù)如下：

3 MATLAB編程及Java調(diào)用

3.1根據(jù)隔式模型編寫MATLAB程序 MATLAB以矩陣為基礎(chǔ)，具有豐富的函數(shù)庫和很多線性和非線性擬合方法，如定義非線性方程函數(shù)inline和擬合曲線方程函數(shù)nlinfit、lsqnonlin、lsqcurvefit、curvefit、多項式擬合函數(shù)polyfit等，可用于藥物代謝動力學(xué)線性和非線性曲線的擬合。如用極值函數(shù)fmin和fmins求血藥濃度的波谷濃度或峰濃度，函數(shù)quad、quads計算藥時曲線下面積AUC等。MATLAB提供了很多圖形控制函數(shù)，如對數(shù)坐標(biāo)命令semilogy、線性坐標(biāo)命令plot等。

該程序與在MATLAB軟件里直接運行的程序有所不同，為了使結(jié)果能在Java中處理并返回給客戶端，為MATLAB Web應(yīng)用而編寫的MATLAB函數(shù)的所有的輸出結(jié)果要通過函數(shù)的返回值返回。為了使網(wǎng)頁的圖形更生動，網(wǎng)頁中還引入了WebFigure庫。在Web中使用WebFigure可以在網(wǎng)頁中模擬MATLAB壞境的圖形的旋轉(zhuǎn)縮放等。在使用WebFigure時，需要把WebFigure對象作為MATLAB函數(shù)的返回值返回[2]。根據(jù)模型編寫的部分MATLAB程序見圖1。

圖1 模型編寫的部分MATLAB程序

3.2構(gòu)建Java組件 在MATLAB命令窗口執(zhí)行\(zhòng)"deploytool\"命令來新建一個Deployment工程，其中項目類型選擇MATLAB Builder for Java，設(shè)置工程名、類名和包名，添加M文件，編譯并構(gòu)建java組件。相應(yīng)的Java類及Java與MATLAB聯(lián)用所需的類等也在此過程中建立起來。

3.3在JSP頁面中實現(xiàn)Java調(diào)用 MATLAB Builder for Java 對MATLAB Compiler的功能進(jìn)行了擴展，允許用戶在MATLAB環(huán)境內(nèi)開發(fā)算法，然后自動將這些算法以組件的形式發(fā)布到Java應(yīng)用程序中。開發(fā)者可以使用MATLAB內(nèi)的圖形和數(shù)據(jù)分析函數(shù)快速的開發(fā)、測試程序。它可以將MATLAB的函數(shù)直接轉(zhuǎn)化成Java類，而其轉(zhuǎn)化的這個Java類，可以像其他的標(biāo)準(zhǔn)的Java類一樣被調(diào)用、集成到Java應(yīng)用程序中和網(wǎng)頁中使用。如果用戶在MATLAB中修改了算法，可以重新生成組件，用戶可以在任何時間修改這些在MATLAB中開發(fā)的組件。

在發(fā)布這些組件之前，必須首先在服務(wù)器上安裝 MCR（MATLAB Compiler Runtime）。MCR是一組獨立的共享庫，可用于在未安裝 MATLAB 的計算機上執(zhí)行編譯后的 MATLAB 應(yīng)用程序或組件。 MATLAB、MATLAB Compiler與 MCR 配合使用，可以快速、安全地創(chuàng)建和分發(fā)應(yīng)用程序或軟件組件。安裝完MCR后，用戶就可以在這臺服務(wù)器上使用由MATLAB Builder for Java生成的Java組件的web應(yīng)用程序。MCR包含在MATLAB Compiler中，提供對MATLAB語言所有特性的完整支持。

JSP頁面的頭部需要引用webfigures.tld文件，引用WebFigure庫javabuilder工具包及剛才編譯好的MATLAB類庫。引用代碼如下：

<%@ taglib prefix=\"wf\" uri=\"/WEB-INF/webfigures.tld\" %>

<%@ page import=\"draw.*\" %>

<%@ page import=\"com.mathworks.toolbox.javabuilder.webfigures.WebFigure\"%>

<%@ page import=\"com.mathworks.toolbox.javabuilder.*\" %>

4討論

本課題利用網(wǎng)絡(luò)計算的優(yōu)勢，使藥學(xué)計算變的方便簡潔，并能得到直接使用MATLAB時得到的圖形及數(shù)據(jù)結(jié)果（圖2所示），允許多人同時計算，而且并不需要安裝MATLAB軟件就能實現(xiàn)與使用MATLAB返回同樣的結(jié)果。但是，由于不能預(yù)知用戶想要實現(xiàn)的全部功能，只能完成一些常用計算的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，因此編寫的程序比較固定，并不能完全像使用MATLAB一樣輸入指令而得到結(jié)果，網(wǎng)站的建設(shè)還有待進(jìn)一步研究。

圖2 得到的圖形與數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭波，董鴻曄.基于云計算的藥學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計[J].中國醫(yī)藥指南，2013，18：730.

[2]馬景濤，鄭斌，張利益，等.Java Web網(wǎng)站應(yīng)用Matlab問題解決方案[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，06：56-58+62.編輯/申磊