N3產(chǎn)品宣傳手冊

1、 有關(guān)軟件的論文關(guān)于軟件的論文:基于Matlab的P-型曲線繪制軟件的研發(fā)與應(yīng)用摘要:基于我國頻率計算發(fā)展歷程及頻率適線軟件的發(fā)展現(xiàn)狀,以Matlab為開發(fā)環(huán)境,通過存儲完整P值表、修改Matlab內(nèi)部函數(shù)、添加Matlab系統(tǒng)繪圖菜單,研發(fā)了一款適合皮爾遜型(P-)分布的頻率曲線繪制軟件,并應(yīng)用于實例中。結(jié)果表明,該軟件能方便、快速地生成概率格紙,并繪制頻率曲線,計算結(jié)果完全滿足工程水文科研和生產(chǎn)設(shè)計上的使用需要。關(guān)鍵詞:Matlab; P-型分布;水文頻率計算;概率格紙我國水文頻率計算一直采用皮爾遜型(P-)分布頻率曲線。繪制P-型頻率曲線的基本方法為適線法,采用該法須經(jīng)若干次參數(shù)調(diào)整方能

2、得到滿意的擬合曲線和相應(yīng)參數(shù),工作量較大,且具有一定主觀性。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,水文頻率分析軟件應(yīng)運而生。如萬飚基于Delphi平臺開發(fā)的水文頻率分布曲線適線軟件功能較齊全,但因版權(quán)及開發(fā)難度的限制,難以普及;耿鴻江1提出用Excel繪制P-型分布曲線的途徑;王雙銀2、趙培穎3基于Excel或VB平臺研發(fā)水文頻率適線軟件,軟件設(shè)計均側(cè)重于計算離均系數(shù)P、生成概率格紙及VB程序設(shè)計,對普通適線人員要求較高,且有的軟件存在界面不夠友好或功能不夠齊全的問題。Matlab是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計算軟件4。文獻5詳細(xì)闡述了利用Matlab計算P-型分布離均系數(shù)P值及繪制頻率曲線的方

3、法。在此基礎(chǔ)上,本文利用Matlab中的圖形用戶界面(GUI)平臺修改部分Matlab內(nèi)部函數(shù),研發(fā)了一款P-型分布的頻率適線軟件。與單純利用Matlab命令窗口編程繪制頻率曲線相比,利用該軟件可使整個適線過程變得簡單、大大縮短耗時,調(diào)參界面友好且修改、保存、打印等功能均提高了設(shè)計功效。1基本原理P-型曲線的概率密度函數(shù)為: f(x) =()(x-a0)-1e-(x-a0)(1)式中,()為的伽瑪函數(shù);、a0為參數(shù),與樣本總體的統(tǒng)計參數(shù)x、CV、CS具有如下關(guān)系:=4/C2S=2/(xCVCS)a0= x(1-2CV/CS)(2)式中,x、CV、CS分別為利用矩法估算的樣本均值、變差系數(shù)、離差

4、系數(shù)。水文計算中,需推求大于等于某一取值xP的累積頻率P:P=P(xxP)=()xP(x-a0)-1e-(x-a0)dx(3)令t=(x-a0),得:P =1()tPt-1e-tdt(4)其中tP=(xP-a0)(5)將式(2)代入式(5)可得:xP=12xCVCStP+x-2xCV/CS(6)令=(x-x)/(xCV),則有:P=xP-xxCV=12CStP-2/CS(7)將式(7)代入式(6)可得:xP= (PCV+1)x(8)P僅與P、CS兩個參數(shù)有關(guān),其數(shù)值計算涉伽瑪函數(shù)和不完全伽瑪函數(shù),且過程繁雜,一般過查詢預(yù)先制成的離均系數(shù)P值表,再由式(8)計算xP。2Matlab中P值計算在M

5、atlab統(tǒng)計工具箱中,GAMINV(P,A,B)函數(shù)為返回分布的累積函數(shù)的逆函數(shù)。P-型分布離均系數(shù)P在Matlab中的計算公式為:P=CS2GAMINV(1-P,4C2S,1)-2CS(9)當(dāng)CS=0時,可用正態(tài)分布累積函數(shù)的逆函數(shù)NORMINV(P,MU,SIGMA)計算離均系數(shù)P值為:P= NORMINV(1-P,0,1)(10)考慮水文計算工作的實際需要,在該軟件設(shè)計過程中,取CS=00.110和P%=0.010.05 0.5 1 2 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 9899 99.9 99.99計算對應(yīng)的P值。計算結(jié)果表明,與Excel中計算的P值相

6、比,Matlab中計算的P值精度高、無數(shù)值發(fā)散區(qū),完全能滿足工程水文科研和設(shè)計的使用需要5;但每次計算過程耗時較長(約10 s),影響參數(shù)調(diào)整時的頻率適線效果。因此,為避免在循環(huán)嵌套中耗時更多,在GUI設(shè)計中可存儲已計算的P值表,使用時直接調(diào)用。3Matlab中概率格紙的生成水文計算中常用正態(tài)概率格紙,正態(tài)分布頻率曲線繪于其上可成為一條直線,該概率格紙的橫坐標(biāo)是以頻率50%對稱的不均勻分割,縱坐標(biāo)為均勻分割6,7。在Matlab統(tǒng)計工具箱里,函數(shù)NORMPLOT用于繪制正態(tài)分布概率圖形,其調(diào)用格式為:h=NORMPLOT(X) (11)式中,h為返回數(shù)組或矩陣的正態(tài)分布圖的句柄;X為數(shù)組或矩陣

7、。為滿足水文統(tǒng)計中矩法的計算要求及繪制概率格紙的需要,對函數(shù)NORMPLOT作如下修改:函數(shù)代碼中的經(jīng)驗頻率公式eprob=(1n)-0.5)./n改為eprob=(1n)./(n+1);該函數(shù)生成的概率圖的橫、縱坐標(biāo)與水文計算中常用的概率格紙橫、縱坐標(biāo)正好相反,為便于使用,需將函數(shù)代碼中的“x”改為“y”;將函數(shù)生成圖的橫坐標(biāo)間隔標(biāo)志修改為:label=0.01 0.05 0.5 1 25 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 98 99 99.9 99.99,則與概率設(shè)定值(P%)對應(yīng)。修改完成后,另存供主程序調(diào)用。4 軟件設(shè)計該軟件設(shè)計本著界面簡潔、使用方便、功能齊

8、全的原則,要求便于獲取外部資料、快速轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及繪制頻率曲線,并能實現(xiàn)頻率曲線的保存、修改、打印等功能。軟件設(shè)計主要包括如下步驟。步驟1在Matlab命令窗口輸入“guide”或點擊“StartMatlabGUIDE(GUI Builder)”打開一個空白的GUI。步驟2直接從工具箱拖動所需控件至工作區(qū),構(gòu)筑軟件界面。本次選擇控件為:1個坐標(biāo)軸控件,用于顯示概率格紙、經(jīng)驗點據(jù)及頻率曲線;1個框架控件,其名稱改為“統(tǒng)計參數(shù)”,內(nèi)設(shè)4個文本框,與此對應(yīng)的有4個編輯框,用于顯示EX、CV、CS及倍比系數(shù)CS/CV(EX和CV值采用矩法計算,CS/CV默認(rèn)值等于2),還有兩個滑動條分別與CV、CS值綁定

9、。四個按鈕的名稱分別改為“獲取資料”、“繪制曲線”、“清空”、“結(jié)果”。步驟3設(shè)置菜單,調(diào)用Matlab系統(tǒng)繪圖菜單。語句set(gcf,menu,figure)可實現(xiàn)軟件界面菜單的添加。步驟4為相關(guān)控件書寫響應(yīng)程序。所有文件,包括離均系數(shù)P值表、修改的NORMPLOT函數(shù)、軟件界面及所有控件的響應(yīng)程序均保存于一個文件夾中,并在Matlab中置于當(dāng)前目錄下。5 實例軟件的開發(fā)環(huán)境為:Inter(R) Pentium(R)T2370,Windows Vista系統(tǒng),Matlab 7.0版本。適用參數(shù)范圍為P0.01%且0.1CS10。5.1 方法步驟以某站30 a洪峰流量為例(洪峰流量序列略),

10、軟件的使用步驟如下。步驟1將該站逐年洪峰流量輸入Excel的“Sheet1”表中第一列,然后保存。步驟2運行頻率曲線繪制軟件,點擊“獲取資料”按鈕,打開選擇對話框,選擇已保存的Excel數(shù)據(jù),經(jīng)轉(zhuǎn)換,使其成為Matlab內(nèi)部變量。同時,EX、CV、CS及CS/CV這些樣本統(tǒng)計參數(shù)均顯示于對應(yīng)的文本框中。本例中,EX=595.40,CV=0.6, CS=1.2,CS/CV=2。步驟3點擊“繪制曲線”按鈕,軟件基于樣本統(tǒng)計參數(shù)繪制該站洪峰流量頻率曲線,由于所繪曲線下端較陡,未能與經(jīng)驗點據(jù)重合。因此,增大偏態(tài)系數(shù)使Cs=1.3,再點擊“繪制曲線”按鈕,發(fā)現(xiàn)適線效果優(yōu)于上次,但下端仍有個別經(jīng)驗點據(jù)偏離

11、;再增大偏態(tài)系數(shù),使CS=1.4,點擊“繪制曲線”按鈕后,發(fā)現(xiàn)適線與所有的經(jīng)驗點據(jù)擬合效果良好,故確定為最終結(jié)果。步驟4點擊“清空”按鈕,所繪的3條曲線被清除,但經(jīng)驗點據(jù)仍留于概率格紙上。再點擊“結(jié)果”按鈕,最終的洪峰流量頻率曲線以紅色顯示于概率格紙上。步驟5點擊菜單欄“Insert/Title”為頻率曲線圖添加標(biāo)題“某站洪峰流量頻率曲線”;點擊“Insert/X Label(Y Label)”為頻率曲線圖添加橫縱坐標(biāo)名稱;點擊“Edit/Axes Properties”更改坐標(biāo)軸間隔;點擊“File/Save as”保存該頻率曲線圖。用戶還可通過單擊“Edit”完成對頻率圖所需的各項修改,如

12、坐標(biāo)軸格式、圖面文字大小和顏色、曲線線形和粗細(xì)、背景顏色等,用戶也可單擊工具欄的打印機按鈕,完成對頻率曲線圖的打印。5.2 效果評價同其他用Excel或VB開發(fā)的水文頻率軟件相比,該軟件具有如下特點:該軟件在Matlab中計算的離均系數(shù)P的精度高于Excel中計算的P值,且無數(shù)值發(fā)散區(qū),為頻率曲線的繪制提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ);軟件操作簡便靈活,各按鈕含義明確,便于在實際工作中推廣應(yīng)用;軟件界面友好,實用性強,便于實現(xiàn)頻率曲線圖的各項修改、保存及打印功能。6結(jié)語a.基于我國水文頻率計算的發(fā)展及現(xiàn)狀,以Matlab為開發(fā)環(huán)境,通過存儲完整的P值,修改Matlab內(nèi)部函數(shù)、添加Matlab系統(tǒng)繪圖菜單,研發(fā)了一款適于P-型分布的頻率曲線繪制軟件。b.實例應(yīng)用結(jié)果表明,該軟件能快速生成概率格紙、繪制頻率曲線,且操作簡便靈活、界面友好、實用性強,便于推廣。參考文獻:1耿鴻江.Excel在P-型分布頻率計算中的應(yīng)用研究J.水電能源科學(xué),2002,20(3):41-43.2王雙銀,向友珍,朱曉群,等.基于EXCEL的水文頻率計算軟件開發(fā)J.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,34(4):113-116.3趙培穎,金冶