数值积分的MATLAB GUI设计[毕业论文].doc
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1、 本科 毕业论文 ( 设计 ) ( 20 届) 数值积分的 MATLAB GUI 设计 所在学院 专业班级 信息与计算科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文(设计) 1 摘要 :本文首先介绍了 MATLAB GUI,以及在数值计算方面的应用。接着 ,叙述了数值积分的几种求解方法 :梯形公式、 Simpson 求积方法、高斯求积方法和Romberg 求积方法。应用 MATLAB 编写程序求数值积分以及分析问题。最后用MATLAB GUI设计图形用户界面,使数据可视化,即用 MATLAB GUI实现数值积分的计算。在本文中,用 MATLAB GUI设计了两个关于数值
2、积分计算的程序。 关键词 :MATLAB GUI;数值积分;可视化; Romberg积分 本科生毕业论文(设计) 2 MATLAB GUI Design of Numerical Integration Abstract: In this thesis the software of MATLAB GUI and the application of MATLAB in numerical computation are introduced. Then some numerical integration methods for solving are described: trapezoi
3、dal quadrature method, Simpson quadrature method, Gauss quadrature method and Romberg quadrature method. Apply MATLAB to solve numerical integration through programming and analyse problems. Finally, MATLAB GUI is used to design graphical user interface to visualize the datas, that is using the MATL
4、AB GUI to implement the calculation of numerical integration. In the thesis, MATLAB GUI is used to design two programs about the calculation of numerical integration. Keywords: MATLAB GUI ; numerical integration ; visualization; Romberg integration 本科生毕业论文(设计) 3 目录 1 绪论 . 3 1.1 问题的背景、意义 . 3 1.1.1 背景
5、 . 4 1.1.2 意义 . 4 2 MATLAB软件介绍 . 4 2.1 MATLAB软件概况 . 4 2.1.1 MATLAB软件简介 . 4 2.1.2 MATLAB语言特点 . 5 2.2 MATLAB GUI介绍 . 6 2.2.1 GUI基本概念 . 6 2.2.2 利用 GUIDE创建 GUI . 7 2.2.3 利用编程创建 GUI . 8 1 绪论 1.1 问题的背景、意义 本科生毕业论文(设计) 4 1.1.1 背景 由于计算机的发展和普及,科学计算已成为解决各类科学技术问题的重要手 段。因此,掌握科学计算的基本原理和方法是当今科学技术工作者不可缺少的本领和技能之一。并且
6、经过不断的研究和累积,在现今科学研究和工程实践中,数值计算已经发展成为一门用来分析数据,解决实际问题的重要学科,成为继理论分析、实验之后又一个重要的研究方法。 MATLAB 是一种数值计算环境和编程语言,主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 MATLAB 基于矩阵运算,具有强大的数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示功能,其强大的数据处理能力和丰富的工具箱使得它的编程极为简单。 MATLAB 既能进行科学计算,又能 开发出所需要的图形界面。 1 MATLAB 在提供强大计算功能的同时,近年来还大力发展了面向对象的图形技术和 GUI技术,使用户可以轻松实现数据的交互式显示。
7、MATLAB 的图形绘制、图形高级操作以及 GUI 这些方面的应用日益普遍。使用 MATLAB 提供的图形设计技术,用户无须了解图形实现的细节内容,有时甚至只需几个简单的函数就可以绘制非常复杂的图。另外,用户还可以根据需要来规划、设计 MATLAB 的图形外观,不断调整完善,直至绘图结果完全符合用户要求。总之,利用 MATLAB 提供的 GUI 设计工具或编写程序,可以简单、 便捷地设计出美观、方便的菜单化和控制式的人机交互界面。 2 1.1.2 意义 数值积分是数值逼近的重要内容,也是函数插值的最直接应用。在工程计算中,由于许多函数的不定积分无法用简单函数表达出来,甚至函数本身都无法详尽地描
8、述,而代之以表格的形式给出一些离散点上的函数值,或者定义为某个无法用显式表示的微分方程的解。在上述这些情况下,我们必须采用数值积分。 3数值积分的运算比较繁琐,而且怎样形象地把数值积分表达出来也是一个问题,所以运用 MATLAB 强大的计算能力和 MATLAB GUI 图形显示功能就可以给研究 数值积分提供很大的方便。 2 MATLAB 软件介绍 2.1 MATLAB 软件概况 2.1.1 MATLAB 软件简介 4、 5 MATLAB 是一种用于科学技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和程序设计集成在一个非常容易使用的环境中,使用我们熟悉的数学符号表示问题与答案。 MATLAB 的应用范围
9、广泛,包括数学与计算;算法开发;数据采集;建模与模拟;数据分析、研究和可视化;科学和工程图形;应用程序开发,包括图形用户界面的建立。 本科生毕业论文(设计) 5 MATLAB 是一个交互系统,它的基本数据元素是数组,尤其适合解决用矩阵 和向量组织数据的科学技术计算问题。 MATLAB 很重要的特点,是附加了一个解决专门问题的应用程序大家族,叫做工具箱。它对于 MATLAB 用户是非常重要的,能让用户学习和应用专门的技术。工具箱是MATLAB 函数的全面集合,扩展了 MATLAB 解决特殊类型问题的环境。工具箱可应用的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、子波、模拟等方面。 期望 “精
10、通 ”Matlab 似乎不太现实,它涉及到太多的数学领域。但如果熟知有关领域的数学内容,掌握相应的工具箱或在此基础上进行新的开发是比较容易的, Matlab 设有 C 语言和 Fortran 语言接口,这使得开发更为方便灵活。 在高等数学中,常常有很多函数太复杂,很难计算出它们在某个区间上的定积分,利用MATLAB 就可以比较容易地计算出定积分,并画出函数的图形,还可以用 MATLAB 强大的计算能力对函数做进一步的分析。 2.1.2 MATLAB 语言特点 6、 7 Matlab 现在已经广泛地应用于工程设计的各个领域,而它之所以能够在各个方面都表现得如鱼得水,其原因就在于它实用性的语言特点
11、。 功能强大 MATLAB 4.0 以上 (不包括 4.0 版本 )的各版本,不仅正数值计算上继续保持着相对 其他同类软件的绝对优势,而且还开发了自己的符号运算功能。特别是 MATLAB6J 版本在符号运算功能上丝毫不逊于其他各类软件,如 MathCAD, Mathematica 等。这样,用户就不必像以前的计算人员那样在掌握 MATLAB 的同时还要学习另一种符号运算软件。用户只要学会了 MATLAB 6.x,就可以方便地处理诸如矩阵变换及运算、多项式运算、微积分运算、线性与非线性方程求解、常微分方程求解、偏微分方程求解、插值与拟合、统计与优化等问题了。 做过数学计算的人可能知道,在计算中最
12、难处理的就是算法的选择,这个问题在 MATLAB面前释然而解。 MATLAB 中许多功能函数都带有算法的自适应能力,且算法先进,大大解决了用户的后顾之忧。同时,这也大大弥补了 MATLAB 程序因非可执行文件而影响其速度的缺陷,因为在很多实际问题中,计算速度对算法的依赖程度大大高于对运算本身的依赖程度。另外, MATLAB 提供了一套完善的图形可视化功能,为用户向别人展示自己的计算结果提供了广阔的空间。 语言简单 无论一种语言的功能多么强大,如果语言本身是艰涩而蹩脚的,那么它绝非一个成功的语言,而 MATLAB 是成功的,它允许用户以数学形式的语言编写程序,比 BASIC、 FORTRAN和
13、C 等语言更接近于书写计算公式的思维方式。它的操作和功能函数指令就是以平时计算机和数学书上的一些简单英文单词表达的。由于它在很长一段时间内是用 C 语言开发本科生毕业论文(设计) 6 的,它的不多的几个程序流控制语句同 C 语言差别甚微,初学者很容易掌握。 MATLAB 语言的帮助系统也近乎完备,用户可以方便地查询到想要的各种信息。 另外, MATLAB 还专门为初学者 (包括其中某一个工具箱的初学者 )提供了功能演示窗口,用户可以从中得到感兴趣的例子及演示。 扩充能力强、可开发性强 MATLAB 能发展到今天这种程度,它的可扩充 性和可开发性起着不可估量的作用。MATLAB 本身就像一个解释
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