基于MATLAB的常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

鄧昌瑞++周小紅++周木蘭++胡莉莉++聶水晶

摘 要 本文利用MATLAB軟件，采用GUI技術(shù)并結(jié)合數(shù)學(xué)模型優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)一款功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、適用于不同用戶的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，方便人們對(duì)在生活工作中所遇到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并依此進(jìn)行正確決策。

【關(guān)鍵詞】MATLAB GUI系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理 數(shù)學(xué)模型 最優(yōu)算法

1 引言

隨著社會(huì)進(jìn)入到高度信息化時(shí)代，工作生活在不同行業(yè)、不同層次的人們，通常需要處理發(fā)生在身邊的各種數(shù)據(jù)：如純數(shù)字的四則運(yùn)算、個(gè)人所得稅問(wèn)題、年薪制下確定月薪與年終獎(jiǎng)的問(wèn)題、現(xiàn)代消費(fèi)中的各種貸款問(wèn)題（如車貸、房貸等）等。除此之外，在萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的時(shí)代，從事小微企業(yè)的人們還經(jīng)常需要用到統(tǒng)計(jì)知識(shí)去評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中所遇到的問(wèn)題：如根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)判定產(chǎn)品合不合格的問(wèn)題、兩個(gè)事情之間有無(wú)關(guān)聯(lián)的問(wèn)題、近期、中長(zhǎng)期的收入預(yù)測(cè)問(wèn)題等等。這些數(shù)據(jù)由專業(yè)人員處理起來(lái)并不難，但如果是一般人員或小微企業(yè)（一般不可能會(huì)有處理數(shù)據(jù)的專門人員）去處理，顯然不是一件容易的事情。所以設(shè)計(jì)出一款操作簡(jiǎn)單、成本較低、根植性好、功能較為齊全的常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，就顯得非常有必要。

2 主要技術(shù)

MATLAB是一種在科研計(jì)算中最為常用的一種軟件。MATLAB在數(shù)據(jù)處理與分析上有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是能輕易解決數(shù)學(xué)中的各種問(wèn)題——不論是數(shù)字運(yùn)算還是符號(hào)運(yùn)算或圖形處理等方面的問(wèn)題。只要開(kāi)發(fā)者能夠合理利用MATALAB軟件的計(jì)算功能、作圖功能及各種工具箱就可以設(shè)計(jì)出人機(jī)交互（GUI）窗口，使用戶操作變得異常簡(jiǎn)單——即使用戶沒(méi)有什么文化或數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)，也能輕易掌握使用。另外重要的一點(diǎn)是，雖然MATLAB對(duì)安裝環(huán)境要求較高，但是由MATLAB軟件做成的GUI，卻可以在一般的電腦或操作系統(tǒng)中兼容使用，甚至可以實(shí)現(xiàn)WEB服務(wù)，在產(chǎn)品的升級(jí)、維護(hù)方面也非常簡(jiǎn)單且費(fèi)用較低。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能模塊的確定

通過(guò)調(diào)查研究，確定好數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要的功能，并依此得出系統(tǒng)模塊功能框架圖（如圖1所示）。

3.2 設(shè)計(jì)原則與用例圖

由于計(jì)算系統(tǒng)的功能是為處理人們?cè)谏罨蚬ぷ髦谐Ｓ玫臄?shù)據(jù)為目標(biāo)，而面對(duì)的用戶為沒(méi)有數(shù)據(jù)處理能力或知識(shí)欠缺的普通大眾，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宗旨要遵循以下三個(gè)原則：

（1）功能的實(shí)用性原則：所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求與人們的工作、生活密切相關(guān)；

（2）操作的簡(jiǎn)易性原則：包括系統(tǒng)的安裝、使用說(shuō)明（根據(jù)提示即可進(jìn)行操作，用戶無(wú)須掌握MATLAB編程知識(shí)或相關(guān)統(tǒng)計(jì)知識(shí)）、數(shù)據(jù)錄入、結(jié)果可讀性等方面要簡(jiǎn)單易懂；

（3）產(chǎn)品升級(jí)、維護(hù)的低成本原則：做到升級(jí)簡(jiǎn)單方便，維護(hù)成本為低成本（或無(wú)成本）有利于延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命及普及推廣。

基于上述的三個(gè)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用例模型圖（見(jiàn)圖2）。

3.3 系統(tǒng)具體操作過(guò)程設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)需要提供給不同文化層次的人群使用的設(shè)計(jì)原則，對(duì)系統(tǒng)操作界面的設(shè)計(jì)要做到直觀、清晰，操作步驟或過(guò)程要簡(jiǎn)捷。以此為方向，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的操作過(guò)程（或步驟）示意圖（見(jiàn)圖3）。

3.4 操作界面的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)模塊功能框架圖、系統(tǒng)的用例模型圖、系統(tǒng)的操作過(guò)程（或步驟）示意圖，結(jié)合系統(tǒng)操作方法，采用MATLAB GUI技術(shù)，設(shè)計(jì)出不同功能模塊的GUI操作界面。如主界面（見(jiàn)圖4）；再如銀行貸款決策功能模塊中提供了分別在月收入一定及貸款總額一定兩種方式的決策，可以按順序設(shè)計(jì)出相應(yīng)的界面（見(jiàn)圖5、圖6）。那么，當(dāng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)（即打開(kāi)主界面），點(diǎn)擊“功能4：銀行貸款決策”，即可進(jìn)入“銀行貸款方式選擇界面”操作界面（如圖5所示），在此界面上再點(diǎn)擊“選擇1：選擇在月支付能力一定的情況下，進(jìn)行銀行貸款決策計(jì)算”，則系統(tǒng)進(jìn)入到“月還款能力一定條件下的決策界面圖”操作界面（見(jiàn)圖6），然后根據(jù)此界面的提示（說(shuō)明）進(jìn)行具體操作，即可實(shí)現(xiàn)貸款決策。其它的功能操作界面的設(shè)計(jì)及操作方法都相同。

在數(shù)據(jù)錄入方面，當(dāng)需要錄入較多數(shù)據(jù)（如系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能）時(shí)，用界面上的數(shù)字鍵錄入方法會(huì)影響錄入速度，系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)提供用電腦鍵盤錄入方式或直接從EXCEL讀入數(shù)據(jù)的方式或方法。

4 優(yōu)化算法、編寫響應(yīng)程序

操作界面設(shè)計(jì)好后，需要根據(jù)界面按鍵編寫相應(yīng)的響應(yīng)程序。響應(yīng)程序的編寫要遵循下列原則：

（1）弄清功能模塊的計(jì)算方法，計(jì)算的結(jié)果要正確；

（2）優(yōu)化算法，最大可能減少運(yùn)算步驟，減少系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間；

（3）可讀性強(qiáng)，最好結(jié)合圖表來(lái)顯示運(yùn)算結(jié)果；

（4）為方便升級(jí)、維護(hù)，盡量在源程序代碼后面添加足夠的注釋。

為保證結(jié)論的正確性、系統(tǒng)反應(yīng)的快捷性、系統(tǒng)易升級(jí)維護(hù)性，對(duì)于較為復(fù)雜的問(wèn)題采取先建立數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)算過(guò)程的方法——好的算法可以省時(shí)省力且性價(jià)比高，而不好的方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、達(dá)不到效果而導(dǎo)致性價(jià)比較低。

在編寫源程序代碼時(shí)，用迭代法去搜索最優(yōu)解是一種最費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方法，要盡力避免。例如，在年薪制中，當(dāng)年薪為30萬(wàn)時(shí)，用迭代法去搜索最優(yōu)的月收入與年終獎(jiǎng)的循環(huán)次數(shù)巨大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度。所以，這類問(wèn)題最好結(jié)合相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)解決算法問(wèn)題。

5 后記

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)做好后，為了能夠在不同的操作系統(tǒng)上使用，可以把系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成“.Exe”文件并打包，在操作系統(tǒng)不同的電腦上只須重新安裝就能直接使用。也可以做成WEB網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行直接使用。需要升級(jí)維護(hù)時(shí)，可以在MATLAB環(huán)境下打開(kāi)源程序代碼直接進(jìn)行修改或添加新功能?？傊肕ATLAB開(kāi)發(fā)出的常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、根植性能好、升級(jí)維護(hù)方便的特點(diǎn)，適合不同文化層次的人們使用：使用者不能掌握高深的統(tǒng)計(jì)知識(shí)、軟件編程知識(shí)就可以達(dá)到進(jìn)行決策的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]錢小軍.數(shù)量方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]林雪松，周婧，林德新.MATLAB7.0應(yīng)用集錦[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]劉慧穎.MATLAB R2007基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]應(yīng)雨龍，李淑英.基于MATLAB/GUI的間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的仿真評(píng)估軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和使用策略研究[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2013（04）：33-40.

[5]李勇華，郭淑英，宋超.基于MATLAB GUI的AMT插電式系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì)[J].新型工業(yè)化，2015，5（10）.

[6]宋璐，宋燕燕，馮艷平.基于MATLAB GUI的振動(dòng)合成方法的研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23（23）：43-45.

作者單位

江西工程學(xué)院 江西省新余市 338000