一種混合編程技術(shù)在宏觀經(jīng)濟(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

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摘要

R語(yǔ)言具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，Java語(yǔ)言廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，兩者互補(bǔ)結(jié)合的混合編程在工程實(shí)踐中具有重要的意義。本文以某市宏觀經(jīng)濟(jì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為背景，從Java調(diào)用R語(yǔ)言兩種方式的角度，深入研究了它們之間混合編程的原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并且給出了具體條件下的混合編程方法和步驟。

【關(guān)鍵詞】R語(yǔ)言 混合編程 Java

1引言

R語(yǔ)言是一款可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的開源軟件包，同時(shí)也是一個(gè)可以進(jìn)行交互數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。它提供時(shí)間序列分析方法和圖形技術(shù)，具有高度可拓展。R語(yǔ)言內(nèi)置包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)可視化在內(nèi)的有豐富的內(nèi)置的功能，這些功能給在數(shù)值計(jì)算、金融應(yīng)用、工業(yè)系統(tǒng)仿真等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，R語(yǔ)言成為數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的重要工具。JAVA是面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，它具有簡(jiǎn)單性、面向?qū)ο?、分布式、健壯性、安全性、平臺(tái)獨(dú)立與可移植性、多線程、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，但JAVA語(yǔ)言在數(shù)值計(jì)算方面的能力卻不突出，特別是對(duì)數(shù)組矩陣數(shù)據(jù)的處理速度緩慢。

在本文中的宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于Java語(yǔ)言開發(fā)的，系統(tǒng)在不同的階段調(diào)用R編寫的預(yù)測(cè)模型獲得預(yù)測(cè)結(jié)果并展示，這樣充分利用R語(yǔ)言在統(tǒng)計(jì)分析方面的優(yōu)勢(shì)，降低程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；同時(shí)也產(chǎn)生了R和Java混合編程的問題。因此，本文基于R和Java語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境Eclipse，在Windows平臺(tái)下就它們之間的混合編程問題從JAVA調(diào)用R語(yǔ)言的方式進(jìn)行深入研究并舉例說明。

2R安裝及配置

（1）下載安裝R在R官網(wǎng)的CRAN站點(diǎn)選擇下載R語(yǔ)言安裝程序R-3.4.1-win.exe，并運(yùn)行安裝程序。Rgui.exe作為標(biāo)準(zhǔn)WindowsGUI可執(zhí)行文件，并提供R控制臺(tái)在自己的窗口。

（2）配置forecast包R語(yǔ)言是以軟件包的形式提供不同的功能，forecast包提供了時(shí)間序列預(yù)測(cè)分析法，其中包括指數(shù)平滑、自動(dòng)ARIMA建模等預(yù)測(cè)模型。

3Java調(diào)用R語(yǔ)言

Java調(diào)用R語(yǔ)言的方式主要有兩種：JRI調(diào)用和Rserve調(diào)用。

3.1JRI調(diào)用

JRI是一個(gè)Java/R接口，是用于java調(diào)用R語(yǔ)言的軟件包，可以將Java內(nèi)部的R程序作為單個(gè)線程運(yùn)行。它將R動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)加載到Java中，同時(shí)可以為R功能提供JavaAPI。它支持對(duì)R函數(shù)的簡(jiǎn)單調(diào)用和完全運(yùn)行的REPL。使用JRI需要在R里安裝rJava擴(kuò)展包。目前JRI己經(jīng)被包含在rJava中。JRI配置需要3個(gè)步驟：

（1）運(yùn)行RGUIwindow程序，在R控制臺(tái)輸入命令installed.packages（“rJava”）下載rJava包到R-3.4.1的library文件夾下rJava子文件夾。rJava的子文件夾jri有4個(gè)文件：jri.DLL、JRI.jar、JRIEngine.jar、REngine.jar，其中jri.DLL為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，用于連接RGUI本地庫(kù)文件；而JRLjar、JRIEngine.jar、REnginejar3個(gè)用于java編寫調(diào)用R的客戶端程序。

（2）在系統(tǒng)變量Path添加jri.DLL的文件路徑；在系統(tǒng)變量Classpath加上JRI.jar文件路徑。

（3）在web項(xiàng)目中l(wèi)ib中加入JRI.jar，JRIEngine.jar，REngine.jar。

JRI調(diào)用過程是：Java客戶端實(shí)例化，通過掛接到調(diào)用此構(gòu)造函數(shù)的現(xiàn)有的初始化R實(shí)例來創(chuàng)建新引擎；調(diào)用引擎實(shí)例的eval（）方法解析預(yù)測(cè)模型R表達(dá)式并返回結(jié)果。

己知某市2008-2010年12個(gè)月的GDP產(chǎn)值進(jìn)行HoltWinter三參數(shù)指數(shù)平滑，并預(yù)測(cè)下一年12個(gè)月的產(chǎn)值的R算法實(shí)現(xiàn)的源代碼文件forecast.R，文件內(nèi)容如下：

library（forecast）

x<-1234568159627769090117154040

401009105512123259

3133561371411152251025487418528159627769090117154040

401009105512123259313356137141115225102548081596277690

90117154040401009105512123259313356137141115225102548train<-scan（text=x）

timeseriesl<-ts（train，frequency=12，start

=c（2008，l））

timeseries2<-HoltWinters（timeseries1）

下面以JRI調(diào)用R算法實(shí)現(xiàn)源代碼為例，說明JRI調(diào)用的步驟和過程：

PublicclassJRIClientForHgimplements

RMainLoopCallbacks{

Publicstaticvoidmain（String[]args）{

Renginere=newRengine（a

rgs，tme，newJRIClientForHg（））；//創(chuàng)建R計(jì)算引

擎

if（！re.waitFor（））{return；}

re.eval（"source（"d：＼＼

forecast.R"）"）；//加載R算法模型

double[]results=re.

eval（"timeseries2$fitted"）.asDoubleArray（）；//預(yù)測(cè)結(jié)果endprint

}}

此方法可以實(shí)現(xiàn)Java與R語(yǔ)言之間的調(diào)用。其優(yōu)點(diǎn)是高效，缺點(diǎn)是緊耦合，擴(kuò)展受限，過度依賴rJava的版本，接口程序無法重用。

3.2Rserve調(diào)用

Rserve是一個(gè)基于TCP/IP協(xié)議的，允許R語(yǔ)言與其他語(yǔ)言（如C/C++，Java、PHP等）通信的C/S結(jié)構(gòu)的程序。在本文的宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)中，不同的時(shí)間段對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模并返回的結(jié)果作為業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的數(shù)據(jù)源，Rserve可以將R內(nèi)置的強(qiáng)大的計(jì)算功能以后臺(tái)服務(wù)的形式供異構(gòu)平臺(tái)調(diào)用。使用Rserve實(shí)現(xiàn)Java語(yǔ)言與R的通信需要3個(gè)步驟：

（1）在RGUI的R控制臺(tái)輸入指令install.packages（”Rserve”），下載安裝Rserve包。

（2）在RGUI的R控制臺(tái)輸入指令Rserve（），出現(xiàn)StartingRserve提示說明啟動(dòng)Rserve成功。

（3）編寫Java客戶端，將REngine.jar、RserveEngine.jar添加到j(luò)ava項(xiàng)目的編譯路徑中。

啟動(dòng)Rserve服務(wù)是實(shí)現(xiàn)Rserve調(diào)用的前提條件，啟動(dòng)服務(wù)是通過在R控制臺(tái)中執(zhí)行Rserve（）語(yǔ)句來單獨(dú)啟動(dòng)一個(gè)守護(hù)進(jìn)程作為Rserve實(shí)例，其默認(rèn)端口6311。Java客戶端通過實(shí)例化RConnection對(duì)象與Rserve實(shí)例建立TCP/IP連接，預(yù)測(cè)模型的R語(yǔ)言算法實(shí)現(xiàn)源碼內(nèi)容轉(zhuǎn)化字符串作為RConnection對(duì)象的eval方法實(shí)參傳入，由R計(jì)算引擎解析、編譯并返回計(jì)算結(jié)果。

下面以Rserve方式調(diào)用R算法實(shí)現(xiàn)源代碼為例，說明調(diào)用的步驟和過程：

PublicclassRserveClientForHg{

Publicstaticvoidmain（String[]args）{

RConnectionrc=new

RConnection（）；//創(chuàng)建RConnection對(duì)象

rc.eval（"source（d：＼forecast.

R）"）；//加載R算法模型

double[]results=rc.

eval（”timeseries2$fitted"）.asDoubles（）；//預(yù)測(cè)結(jié)果

}

4結(jié)論

在本文中，以上介紹了R語(yǔ)言和JAVA在native環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上混合編程方法，并通過實(shí)例介紹了如何實(shí)現(xiàn)R語(yǔ)言和JAVA混合編程，著重講了混合編程的關(guān)鍵之處在于數(shù)據(jù)的傳輸，通過混合編程可以降低程序設(shè)計(jì)復(fù)雜度，同時(shí)提高程序的運(yùn)行速度。由此可見使用不同編程語(yǔ)言進(jìn)行混合編程，可以充分各語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化了程序設(shè)計(jì)，提高軟件運(yùn)行效率，混合編程將會(huì)有更大的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展空間，基于Rserve的遠(yuǎn)程調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)R語(yǔ)言和JAVA混合編程具有優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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[4]王燕.時(shí)間序列分析-基于R[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2015（09）：01.endprint