如何在.NET Core 3.1中通过PythonNet获取Python脚本输出？

尝试通过PythonNet执行Python脚本并获取输出，先使用Process方式调用，但只能拿到部分输出；直接在Python环境运行脚本则能得到完整结果。

所用Python脚本 #

import sectionproperties.pre.library.primitive_sections as sections
from sectionproperties.analysis.section import Section

geometry = sections.circular_section(d=50, n=64)
geometry.plot_geometry()

geometry.create_mesh(mesh_sizes=[2.5])

section = Section(geometry, time_info=True)
section.display_mesh_info()
section.plot_mesh()

section.calculate_geometric_properties()
section.calculate_warping_properties()
section.calculate_plastic_properties()

section.display_results()

(ixx_c, iyy_c, ixy_c) = section.get_ic()
j = section.get_j()
print("Ixx + Iyy = {0:.3f}".format(ixx_c + iyy_c))
print("J = {0:.3f}".format(j))

Process获取的不完整输出 #

MULTIPOLYGON (((-2 0.375, -0.5625 0.375, -0.5625 1.8125, 0.5625 1.8125, 0.5625 0.375, 2 0.375, 2 0.5625, 0.75 0.5625, 0.75 2, -0.75 2, -0.75 0.5625, -2 0.5625, -2 0.375)), ((-2 0, 2 0, 2 0.375, -2 0.375, -2 0)))
Mesh Statistics:
- 2038 nodes
- 926 elements
- 2 regions

+---------------------------- Geometric Analysis -----------------------------+
|                                                                             |
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直接运行Python脚本的完整输出 #

MULTIPOLYGON (((-2 0.375, -0.5625 0.375, -0.5625 1.8125, 0.5625 1.8125, 0.5625 0.375, 2 0.375, 2 0.5625, 0.75 0.5625, 0.75 2, -0.75 2, -0.75 0.5625, -2 0.5625, -2 0.375)), ((-2 0, 2 0, 2 0.375, -2 0.375, -2 0)))
Mesh Statistics:
- 2038 nodes
- 926 elements
- 2 regions


┌──────────────────────────── Geometric Analysis ─────────────────────────────┐
│                                                                             │
│   ✅ Geometric analysis       --------------------------- 100% [ 2.3120 s ] │
│   complete                                                                  │
│                                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌───────────────────────────── Warping Analysis ──────────────────────────────┐
│                                                                             │
│   ✅ Warping analysis         -------------------------- 100% [ 12.2180 s ] │
│   completed                                                                 │
│   ✅ 2038x2038 stiffness      -------------------------- 100% [ 2.7350 s ]  │
│   matrix assembled                                                          │
│   ✅ Warping function solved  -------------------------- 100% [ 0.0310 s ]  │
│   (direct)                                                                  │
│   ✅ Shear function vectors   -------------------------- 100% [ 2.7030 s ]  │
│   assembled                                                                 │
│   ✅ Shear functions solved   -------------------------- 100% [ 0.0630 s ]  │
│   (direct)                                                                  │
│   ✅ Shear and warping        -------------------------- 100% [ 2.1250 s ]  │
│   integrals assembled                                                       │
│   ✅ Shear deformation        -------------------------- 100% [ 2.4840 s ]  │
│   coefficients assembled                                                    │
│   ✅ Monosymmetry integrals   -------------------------- 100% [ 2.0620 s ]  │
│   assembled                                                                 │
│                                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌───────────────────────────── Plastic Analysis ──────────────────────────────┐
│                                                                             │
│   ✅ Plastic analysis         --------------------------- 100% [ 0.0940 s ] │
│   complete                                                                  │
│                                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Section Properties
┌──────────┬───────────────┐
│ Property │         Value │
├──────────┼───────────────┤
│ A        │  2.789062e+00 │
│ Perim.   │  1.200000e+01 │
│ Qx       │  1.626709e+00 │
│ Qy       │ -3.204902e-16 │
│ cx       │ -1.149096e-16 │
│ cy       │  5.832458e-01 │
│ Ixx_g    │  1.935211e+00 │
│ Iyy_g    │  3.233734e+00 │
│ Ixy_g    │ -3.022756e-16 │
│ Ixx_c    │  9.864400e-01 │
│ Iyy_c    │  3.233734e+00 │
│ Ixy_c    │ -1.153510e-16 │
│ Zxx+     │  6.962676e-01 │
│ Zxx-     │  1.691294e+00 │
│ Zyy+     │  1.616867e+00 │
│ Zyy-     │  1.616867e+00 │
│ rx       │  5.947113e-01 │
│ ry       │  1.076770e+00 │
│ phi      │ -9.000000e+01 │
│ I11_c    │  3.233734e+00 │
│ I22_c    │  9.864400e-01 │
│ Z11+     │  1.616867e+00 │
│ Z11-     │  1.616867e+00 │
│ Z22+     │  1.691294e+00 │
│ Z22-     │  6.962676e-01 │
│ r11      │  1.076770e+00 │
│ r22      │  5.947113e-01 │
│ J        │  9.878443e-01 │
│ Iw       │  1.160810e-01 │
│ x_se     │  4.822719e-05 │
│ y_se     │  4.674792e-01 │
│ x_st     │  4.822719e-05 │
│ y_st     │  4.674792e-01 │
│ x1_se    │  1.157666e-01 │
│ y2_se    │  4.822719e-05 │
│ A_sx     │  1.648312e+00 │
│ A_sy     │  6.979733e-01 │
│ A_s11    │  6.979733e-01 │
│ A_s22    │  1.648312e+00 │
│ betax+   │ -2.746928e-01 │
│ betax-   │  2.746928e-01 │
│ betay+   │  9.645438e-05 │
│ betay-   │ -9.645438e-05 │
│ beta11+  │  9.645438e-05 │
│ beta11-  │ -9.645438e-05 │
│ beta22+  │  2.746928e-01 │
│ beta22-  │ -2.746928e-01 │
│ x_pc     │ -1.149096e-16 │
│ y_pc     │  3.486328e-01 │
│ Sxx      │  1.140530e+00 │
│ Syy      │  2.603760e+00 │
│ SF_xx+   │  1.638062e+00 │
│ SF_xx-   │  6.743533e-01 │
│ SF_yy+   │  1.610373e+00 │
│ SF_yy-   │  1.610373e+00 │
│ x11_pc   │  2.393564e-16 │
│ y22_pc   │  3.486328e-01 │
│ S11      │  2.603760e+00 │
│ S22      │  1.140530e+00 │
│ SF_11+   │  1.610373e+00 │
│ SF_11-   │  1.610373e+00 │
│ SF_22+   │  6.743533e-01 │
│ SF_22-   │  1.638062e+00 │
└──────────┴───────────────┘
Ixx + Iyy = 4.220
J = 0.988

使用的C# Process代码 #

var psi = new ProcessStartInfo();
psi.FileName = @"python.exe";

var script = @"script.py";

psi.Arguments = $"\"{script}\"";
psi.UseShellExecute = false;
psi.CreateNoWindow = true;
psi.RedirectStandardOutput = true;
psi.RedirectStandardError = true;
psi.LoadUserProfile = true;

var errors = "";
var results = "";

using (var process = Process.Start(psi))
{
    errors = process.StandardError.ReadToEnd();
    results = process.StandardOutput.ReadToEnd();
    process.WaitForExit();
}

解决方法 #

原因分析 #

1. 同步读取死锁：当前代码先读取StandardError再读取StandardOutput，若Python进程向标准错误输出大量内容，会填满缓冲区导致进程阻塞，无法继续向标准输出写入，最终造成死锁，只能拿到部分输出。
2. 库输出特性：sectionproperties库的进度信息、结果表格可能部分输出到标准错误流，仅读取标准输出会遗漏这部分内容。

修正后的C#代码 #

采用异步方式同时读取标准输出和标准错误，避免死锁并合并两个流的内容：

var psi = new ProcessStartInfo();
psi.FileName = @"python.exe";
var script = @"script.py";
psi.Arguments = $"\"{script}\"";
psi.UseShellExecute = false;
psi.CreateNoWindow = true;
psi.RedirectStandardOutput = true;
psi.RedirectStandardError = true;
psi.LoadUserProfile = true;

var outputBuilder = new StringBuilder();
var errorBuilder = new StringBuilder();

using (var process = Process.Start(psi))
{
    // 异步读取输出和错误流
    var outputTask = process.StandardOutput.ReadToEndAsync();
    var errorTask = process.StandardError.ReadToEndAsync();

    // 等待进程退出
    process.WaitForExit();

    // 获取结果
    outputBuilder.Append(await outputTask);
    errorBuilder.Append(await errorTask);
}

var fullOutput = outputBuilder.ToString() + errorBuilder.ToString();
// 处理完整输出

额外优化：修改Python脚本输出 #

若仅需关键结果，可修改Python脚本，将所需内容统一输出到标准输出，或写入临时文件后读取：

import sectionproperties.pre.library.primitive_sections as sections
from sectionproperties.analysis.section import Section
import matplotlib
import json

# 关闭绘图避免阻塞（不需要可视化时）
matplotlib.use('Agg')

geometry = sections.circular_section(d=50, n=64)
geometry.create_mesh(mesh_sizes=[2.5])

section = Section(geometry, time_info=True)
section.calculate_geometric_properties()
section.calculate_warping_properties()
section.calculate_plastic_properties()

# 提取关键属性
(ixx_c, iyy_c, ixy_c) = section.get_ic()
j = section.get_j()

# 输出关键结果
print("Ixx + Iyy = {0:.3f}".format(ixx_c + iyy_c))
print("J = {0:.3f}".format(j))

# 将完整属性转为JSON输出，方便C#解析
props = {
    "A": section.get_area(),
    "Ixx_c": ixx_c,
    "Iyy_c": iyy_c,
    "J": j,
    "cx": section.get_cx(),
    "cy": section.get_cy()
}
print(json.dumps(props))

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mariam Sultan