基于MATLAB的常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計及實現(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)計一款功能強大、操作簡便、適用于不同用戶的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，方便人們對在生活工作中所遇到的數(shù)據(jù)進行處理并依此進行正確決策。

【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

隨著社會進入到高度信息化時代，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)字的四則運算、個人所得稅問題、年薪制下確定月薪與年終獎的問題、現(xiàn)代消費中的各種貸款問題（如車貸、房貸等）等。除此之外，在萬眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的時代，從事小微企業(yè)的人們還經(jīng)常需要用到統(tǒng)計知識去評價或預(yù)測在生產(chǎn)經(jīng)營活動中所遇到的問題：如根據(jù)檢測數(shù)據(jù)判定產(chǎn)品合不合格的問題、兩個事情之間有無關(guān)聯(lián)的問題、近期、中長期的收入預(yù)測問題等等。這些數(shù)據(jù)由專業(yè)人員處理起來并不難，但如果是一般人員或小微企業(yè)（一般不可能會有處理數(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)計出一款操作簡單、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，特別是能輕易解決數(shù)學(xué)中的各種問題——不論是數(shù)字運算還是符號運算或圖形處理等方面的問題。只要開發(fā)者能夠合理利用MATALAB軟件的計算功能、作圖功能及各種工具箱就可以設(shè)計出人機交互（GUI）窗口，使用戶操作變得異常簡單——即使用戶沒有什么文化或數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)，也能輕易掌握使用。另外重要的一點是，雖然MATLAB對安裝環(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，甚至可以實現(xiàn)WEB服務(wù)，在產(chǎn)品的升級、維護方面也非常簡單且費用較低。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能模塊的確定

通過調(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)計原則與用例圖

由于計算系統(tǒng)的功能是為處理人們在生活或工作中常用的數(shù)據(jù)為目標，而面對的用戶為沒有數(shù)據(jù)處理能力或知識欠缺的普通大眾，所以系統(tǒng)設(shè)計的宗旨要遵循以下三個原則：

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

（2）操作的簡易性原則：包括系統(tǒng)的安裝、使用說明（根據(jù)提示即可進行操作，用戶無須掌握MATLAB編程知識或相關(guān)統(tǒng)計知識）、數(shù)據(jù)錄入、結(jié)果可讀性等方面要簡單易懂；

（3）產(chǎn)品升級、維護的低成本原則：做到升級簡單方便，維護成本為低成本（或無成本）有利于延長產(chǎn)品的壽命及普及推廣。

基于上述的三個設(shè)計原則，設(shè)計出數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用例模型圖（見圖2）。

3.3 系統(tǒng)具體操作過程設(shè)計

針對系統(tǒng)需要提供給不同文化層次的人群使用的設(shè)計原則，對系統(tǒng)操作界面的設(shè)計要做到直觀、清晰，操作步驟或過程要簡捷。以此為方向，設(shè)計出系統(tǒng)的操作過程（或步驟）示意圖（見圖3）。

3.4 操作界面的設(shè)計

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)計出不同功能模塊的GUI操作界面。如主界面（見圖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)計出相應(yīng)的界面（見圖5、圖6）。那么，當用戶進入系統(tǒng)（即打開主界面），點擊“功能4：銀行貸款決策”，即可進入“銀行貸款方式選擇界面”操作界面（如圖5所示），在此界面上再點擊“選擇1：選擇在月支付能力一定的情況下，進行銀行貸款決策計算”，則系統(tǒng)進入到“月還款能力一定條件下的決策界面圖”操作界面（見圖6），然后根據(jù)此界面的提示（說明）進行具體操作，即可實現(xiàn)貸款決策。其它的功能操作界面的設(shè)計及操作方法都相同。

在數(shù)據(jù)錄入方面，當需要錄入較多數(shù)據(jù)（如系統(tǒng)的統(tǒng)計功能）時，用界面上的數(shù)字鍵錄入方法會影響錄入速度，系統(tǒng)還應(yīng)當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）弄清功能模塊的計算方法，計算的結(jié)果要正確；

（2）優(yōu)化算法，最大可能減少運算步驟，減少系統(tǒng)運算時間；

（3）可讀性強，最好結(jié)合圖表來顯示運算結(jié)果；

（4）為方便升級、維護，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)易升級維護性，對于較為復(fù)雜的問題采取先建立數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化系統(tǒng)運算過程的方法——好的算法可以省時省力且性價比高，而不好的方法不僅費時費力、達不到效果而導(dǎo)致性價比較低。

在編寫源程序代碼時，用迭代法去搜索最優(yōu)解是一種最費時費力的方法，要盡力避免。例如，在年薪制中，當年薪為30萬時，用迭代法去搜索最優(yōu)的月收入與年終獎的循環(huán)次數(shù)巨大，嚴重影響系統(tǒng)的運行速度。所以，這類問題最好結(jié)合相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來解決算法問題。

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)頁進行直接使用。需要升級維護時，可以在MATLAB環(huán)境下打開源程序代碼直接進行修改或添加新功能。總之，利用MATLAB開發(fā)出的常用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具有簡單、實用、根植性能好、升級維護方便的特點，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)計知識、軟件編程知識就可以達到進行決策的目的。

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作者單位

江西工程學(xué)院 江西省新余市 338000