()matlab語言及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告-可視化(gui)黃金分割法

1、存檔資料成績:華東交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書所屬課程名稱 MATLAB語言及應(yīng)用目 可視化（GUl）黃金分割法求極值院 班 學(xué)（系）軟件學(xué)院級軟件+電氣11-4班號20學(xué)生姓名況水云指導(dǎo)教師祝振敏輔導(dǎo)教師2013年 月 日課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書電氣 學(xué) 院電氣+軟件專 業(yè) 11圾（4）班課程設(shè)計(jì)（論文）題目二、課程設(shè)計(jì)（論文）工作自2013年6月24日起至2013年旦月_30_日止。三、課程設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容要求：1. 本課程設(shè)計(jì)的目的（1）使學(xué)生掌握用MATLAB語言來設(shè)計(jì)編寫程序，應(yīng)用MATLAB軟件解決實(shí)際問題 的能力；（2）培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)試程序的基本能力；（3）培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力;（

2、4）提高學(xué)生的科技論文寫作能力。2. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求1）基本要求:（1）利用matlab中的GUl設(shè)計(jì)窗口設(shè)計(jì)一個(gè)界面程序。（2）掌握黃金分割法求極值函數(shù)的編寫；（3）含有一個(gè)按鈕控件，它的作用能夠?qū)σ粋€(gè)函數(shù)求極值；（4）含有多個(gè)編輯框控件顯示需求極值的函數(shù)、極值點(diǎn)以及所求得的值;（5）含有適當(dāng)?shù)撵o態(tài)文本框顯示編輯框的含義;2）提高要求:在基本要求達(dá)到后，可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如增加軟件的功能，優(yōu)化程序等。3）課程設(shè)計(jì)論文編寫要求（1要按照書稿的規(guī)格眷寫課設(shè)論文（2論文包括目錄、緒論、正文、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄等（3）正文中要有程序設(shè)計(jì)思路的闡述，程序流程圖等（4）課設(shè)論文裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求

3、完成4）課設(shè)考核：從以下幾方面來考查：（1）出勤情況及任務(wù)的飽滿程度；（2）設(shè)計(jì)任務(wù)的難易程度；（3）完成課設(shè)任務(wù)情況；（4）動手調(diào)試能力；（5）論文撰寫的原理分析、設(shè)計(jì)思路以及論述的層次性、條理性、格式的規(guī)范性;5）課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排內(nèi)容天數(shù)地貳構(gòu)思及收集資料1圖書館程序設(shè)計(jì)與調(diào)試3機(jī)房撰寫論文1教室學(xué)生簽名：2013年6月30日課程設(shè)計(jì)（論文）評審意見（I）任務(wù)難易及完成情況優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（2）完成調(diào)試能力評價(jià)優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（3）論文撰寫水平評價(jià)優(yōu)（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（4）論文格式規(guī)范性評價(jià)優(yōu)（）、良（）、中（）、一

4、般（）、差（）;（5）考勤及任務(wù)飽滿情況：優(yōu)（）、良（）.中（）、一般（）、差（）；評閱人：2013年7月3日目錄一、matIab介紹 51、matIab 的簡介52、matlab 的特點(diǎn)5二、GUl 介紹61、GUl 簡介62、GUl 特點(diǎn)6三、黃金分割法介紹71、黃金分割法基本思路72、黃金分割法基本原理7-93、實(shí)驗(yàn)程序框圖9-104、黃金分割法程序代碼10四、可視化（GUI）黃金分割法界面截圖11-12五、心得體會13六、參考文獻(xiàn)13附錄：程序源代碼14-22MatIab介纟1、MATLAB的簡介MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatriX LabOratOry）的簡稱，是美國MathWOr

5、kS 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù) 值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和SilnUlink 兩大部分。MATLAB不僅具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力，還具有專業(yè)水平的符號計(jì)算， 文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是 矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來 解算問題要比用CfFORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多.2、MATLAB的特點(diǎn)：D語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。2）運(yùn)算符豐富。3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán),While循環(huán)，brea

6、k 語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計(jì)算機(jī) 和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。6）MATLAB的圖形功能強(qiáng)大。7）MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。8）功能強(qiáng)大的工具箱是MATLAB的另一特色。9）源程序的開放性。二、GUl介纟1、GUl簡介：GUI是GraPhiCal USer InterfaCe的簡稱，即圖形用戶界面，通常 人機(jī)交互圖形化用戶界面設(shè)計(jì)經(jīng)常讀做“goo-ee”，準(zhǔn)確來說GUl就是屏 幕產(chǎn)品的視覺體驗(yàn)和互動操作部分。GUI是一種結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、行為

7、學(xué)，及各商業(yè)領(lǐng)域 需求分析的人機(jī)系統(tǒng)工程，強(qiáng)調(diào)人一機(jī)一環(huán)境三者作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體 設(shè)計(jì)。這種面向客戶的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)其目的是優(yōu)化產(chǎn)品的性能，使操作更 人性化，減輕使用者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，使其更適合用戶的操作需求，直接提升 產(chǎn)品的市場競爭力。GUI即人機(jī)交互圖形化用戶界面設(shè)計(jì)?？v觀國際相關(guān)產(chǎn)業(yè)在圖形化用 戶界面設(shè)計(jì)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，許多國際知名公司早已意識到GUI在產(chǎn)品方 面產(chǎn)生的強(qiáng)大增值功能，以及帶動的巨大市場價(jià)值，因此在公司內(nèi)部設(shè)立 了相關(guān)部門專門從事GUI的研究與設(shè)計(jì)，同業(yè)間也成立了若干機(jī)構(gòu)，以互 相交流GUI設(shè)計(jì)理論與經(jīng)驗(yàn)為目的。隨著中國IT產(chǎn)業(yè)，移動通訊產(chǎn)業(yè)， 家電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，在產(chǎn)品的人機(jī)

8、交互界面設(shè)計(jì)水平發(fā)展上日顯滯后， 這對于提高產(chǎn)業(yè)綜合素質(zhì)，提升與國際同等業(yè)者的競爭能力等等方面無疑 起了制約的作用。2、GUl特點(diǎn)：GUI的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的重大成就之一，他極大地方便了非 專業(yè)用戶的使用人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可 以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進(jìn)行操作。而嵌入式GUl具有下 面幾個(gè)方面的基本要求：輕型、占用資源少、高性能、髙可靠性、便于移 植、可配置等特點(diǎn)。三、黃金分割法介紹1、黃金分割法基本思路黃金分割法適用于a, b區(qū)間上的任何單谷函數(shù)求極小值問 題，對函數(shù)除要求“單谷”外不做其他要求，甚至可以不連續(xù)。 因此，這種方法的適應(yīng)面非常廣。

9、黃金分割法也是建立在區(qū)間消去法原理基礎(chǔ)上的試探方法， 即在搜索區(qū)間a, b內(nèi)適當(dāng)插入兩點(diǎn)al, a2,并計(jì)算其函數(shù)值。 al, a2將區(qū)間分成三段，應(yīng)用函數(shù)的單谷性質(zhì)，通過函數(shù)值大小 的比較，刪去其中一段，是搜索區(qū)間得以縮小。然后再在保留下 來的區(qū)間上作同樣的處理，如此迭代下去，是搜索區(qū)間無限縮小, 從而得到極小點(diǎn)的數(shù)值近似解。2、黃金分割法的基本原理一維搜索是解函數(shù)極小值的方法之一，其解法思想為沿某一 已知方向求目標(biāo)函數(shù)的極小值點(diǎn)。一維搜索的解法很多，這里主 要采用黃金分割法（法）。該方法用不變的區(qū)間縮短率代替斐波 那契法每次不同的縮短率，從而可以看成是斐波那契法的近似， 實(shí)現(xiàn)起來比較容易，

10、也易于人們所接受。黃金分割法是用于一元函數(shù)f(x)在給定初始區(qū)間a,b內(nèi)搜 索極小點(diǎn)Xnlin的一種方法。它是優(yōu)化計(jì)算中的經(jīng)典算法，以算 法簡單、收斂速度均勻、效果較好而著稱，是許多優(yōu)化算法的基 礎(chǔ)，但它只適用于一維區(qū)間上的凸函數(shù)，即只在單峰區(qū)間內(nèi)才能 進(jìn)行一維尋優(yōu)，其收斂效率較低。其基本原理是：依照“去劣存 優(yōu)”原則、對稱原則、以及等比收縮原則來逐步縮小搜索區(qū)間。 具體步驟是：在區(qū)間a,b內(nèi)取點(diǎn)：al , a2把a(bǔ),b分為三段。 如果 f (al)>f (a2),令 a=al, al=a2, a2=a+* (b-a)； 如果 f (al) <f (a2),令 b=a2, a2=a

11、l,al=*(ba)；如果I (b-a)/b I和I (yl-y2)y2 I都大于收斂精度重新 開始循環(huán)。因?yàn)?,b為單峰區(qū)間，這樣每次可將搜索區(qū)間縮小倍，處 理后的區(qū)間都將包含極小點(diǎn)的區(qū)間縮小，然后在保留下來的區(qū)間 上作同樣的處理，如此迭代下去，將使搜索區(qū)a,b逐步縮小，直到滿足預(yù)先給定的精度時(shí)，即獲得一維優(yōu)化問題的近似最優(yōu)解。插入點(diǎn)原理圖如下:耍求扌f入點(diǎn)al . 32的位宣柏對于區(qū)bJa>網(wǎng)端點(diǎn)具冇對稱性。 ax = b (h a)a2 = a + Ab a)丿a IIi 2°-"-丨A1除對稱耍求外.黃金分劃法還耍求在保留卜來的區(qū)間再拖入一點(diǎn) 所丿杉成IW區(qū)冋

12、新三段，與廉米區(qū)IhJn勺三段具有IHbO的比例分布I-A = A2 匚二> A2 ÷ 1 = O => A = 0.61 8所謂的黃金分割"是扌旨將一線段分成網(wǎng)段的方法，使竣段氏 與較長段的K度比值等 尸鮫長段與較短段的比值，UIJI:A =:(I-A)3. 實(shí)驗(yàn)程序框圖4、黃金分割法程序代碼黃金分割法：1選定初始區(qū)間al,bl及精度tol大于0,計(jì)算試探點(diǎn):l=al+*(bl-al) l=al+*(bl-al)并令 k=l2若b(k)-a(k)小于tol,則停止計(jì)算，否則當(dāng)f(k)大于f( (k)時(shí)轉(zhuǎn)3當(dāng)f(k)小于等于f( (k)時(shí)轉(zhuǎn)43置a(k+D= (

13、k)b(k+D= b(k) (k+l)= (k) (k+l)= a(k+l)÷*( b(k÷l)-a(k+l)轉(zhuǎn)54置a(k+D= a(k)b(k+D= (k) (k÷l) (k)3暨 RB04flcs 也審乙亍.-1;6U-PJ 一三 UnSSS »355i $8150§ 纟 *s 吉XssCI& SzZtOOPgZaBWgBG&2rJcocp 營 ZaBWg B"ops 鄉(xiāng) PUwuovEUMfl » EZ * EpIo亠1§言(U 主)F(I主)qV+(÷>I)P H(Im)Y

14、帶入函數(shù)檢驗(yàn):五、心得體會通過這次課程設(shè)計(jì)，我對黃金分割法有了更深入的了解，也 對C語言的作用有了更深入的了解，使我明白了有些復(fù)雜的問題 可以通過計(jì)算機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)，來求解，同時(shí)也使我認(rèn)識到計(jì)算機(jī) 工具的重要性。同時(shí)也得感謝同學(xué)的幫助才得以順利完成本次設(shè) 計(jì)。六、參考文獻(xiàn)：1孫靖民，梁迎春機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社2006 龔純，王正林.精通MATLAB最優(yōu)化計(jì)算.北京：電子工業(yè)出版社，2009.3 陳玉蓮，李俊文.基于MATLAB的黃金分割法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，科技創(chuàng)新導(dǎo) 報(bào),20104 王秀芳基于C語言的黃金分割法的優(yōu)化設(shè)計(jì)20085 薛定宇；陳陽泉高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解

15、2008附錄：源代碼如下function VarargOUt = num_3(vai'argin)% NUM.3 MTLB COde for%NUM_3. by itself. CreateS a new NUM_3 Or raises the existing%SingIeton*.% H = NlIM_3 returns the handle to a new NUM_3 Or the handle toX%the existing SingIeton*.%NUM_3(,CALLBACK,hbjectteventDatathandles.) CaILS the IOCaI%func

16、tion named CALLBACK in With the given input arguments%NIIM_3(*PrOPerty, VaIue,.) CreateS a new NLM_3 Or raises the%existing SingIeton* Starting from the left, PrOPerty ValUe PairS are%applied to the GUl before num_3_OPeningFcn gets CalIed nJ%UnrecOgniZed PrOPerty name Or invalid VaIUe makes PrOPerty

17、 application%StOP ll inputs are PaSSed to num_3_OPeningFcn Via Varargin.% *See GUI OPtiOnS On GUIDE'S TOOlS menu ChOOSe "GUI al IOwS Only One%instance to run (SingletOn)°.% See also： GUIDE. GUIDT. GUlHNDLES% Edit the above text to modify the response to help num_3 % LaSt MOdified by GU

18、IDE 08-JUn-2013 14:52:29 % Begin InitialiZatiOn COde - DO NOT EDIT gui_SingIetOn = 1；gui_State = StrUCt('gui_Namer.mfiIenamet 'gui_SingIeton, gui-Singleton,gui OpeningFcn1, num_3_OPeningFcn.num_3_OUtPUtFcn.,.);'gui OutputFcn*I'guiJ-ayoutFcn, t 'gui-CalIback, if nargin &&

19、ischar(Fmrginl)=str2func(Varargin1)； end if nargoutEvarargoutl：nQrgOUt = gui_mainfcn(gui_Statet Varargin：)； elsegui_IlIainfCn(KUi_State, Varargin：)；end% End initialization COde - DO NOT EDIT%EXeCUteS just before num_3 is Inade ViSible.function num_3_OPeningFcn(hbject. eventdataf handIest Varargin) %

20、 ThiS function has no OUtPUt argst See OUtPUtFCn.% hbject% eventdatahandle to figurereserved 一 to be defined in a future VerSiOn Of MATLAB% handlesStrUCtUre With handles and USer data (See GL*IDT)% VararginCOnlmand Iine ai'guments to num.3 (See VRRG1N)% ChOOSe default COmmand 1ine OUtPUt for num

21、_3=hbject；% UPdate handles StrUCtUreguidata(hbject, handles)；% UIWIT makes num 3 Wait for USer response (See UlRESUME)% UiWait；% OUtPUtS from this function are returned to the COInlnand line, functiOn VaTaTgOUt = nuIn_3_OUtPUtFCn(hbject. eventdata. handles)% VarargOUt% hbject% eventdataCelI array fo

22、r returning OUtPUt args (See VRRGOL'T)； handle to figure reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handlesStrUCtUre With handles and USer data (See GUIDT)% Get default COnUnand 1ine OUtPUt from handies StrUCtUre VarargOUt1=；% EXeCUteS On button PreSS in PUShbUttOn2functiOn PUShbUttOn

23、2_Ca11back(hbject, eventdata, handles) % hbject handle to PUShbUttOn2 (See GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GiJlDATA) CIOSe all；fUnCtion edit1_Ca11back(hbjectt eventdata hand1es)% hbject handle to edit 1 (See GCB

24、O)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of AbVrLAB»% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GLIDT)% Hints： get(hbject,String*) returns COntentS Of editl as textas a double%str2double(get(hbject, ,String,) returns COntentS Of edi11% EXeCUteS during ObjeCt Creation,

25、after Setting all PrOPerties,functiOn edi11_CreateFCn(hbjectt eventdatat handies)% hbjecthandle to edit1 (See GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handlesempty 一 handles not Created Until after all CreateFCnsCaIIed% Hint： edit COntrOlS USUalIy have a White backgroun

26、d On Windows.%See ISPC and COMPUTERif ispc && isequal (get (hbject ' Backgi、OUndCOlor'),get (O, * defau 1 IIIiCOntrOIBaCkgrOUndCOIor')set(hbject,BackgroundColorl,'white')； end fUnCtion edit2_Ca11back(hbjectt eventdata hand1es)% hbject handle to edit2 (See GCBO)% eventdata

27、 reserved 一 to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GLIDT)% Hints： get(hbjectt * String') returns COntentS Of edit2 as text%str2double(get(hbjectt,String*) returns COntentS Of edit2 as a double%EXeCUteS during ObjeCt Creation, after Setting al

28、 1 PrOPerties,function edit2_CreateFCn(hbjectt eventdata, handies)% hbjecthandle to edit2 (See GCBO)% eventdata% handlesreserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLABempty 一 han dies not Created Iln til after all CreateFCnS CaI Ied% Hint： edit COntrOlS USUal Iy have a White background On Wind

29、ows. %See ISPC and COMPUTERif ispc && isequal (get (hb ject J Beickgi、OIIndCOIorJ .get (O, , deIaultliicontrolBaCkgrOUndCOlor')set(hbject,BackgroundColort.,white*)；ende funCtiOn edit3_Ca11 back(hbjec11 eventdata, handles)% hbject handle to edit3 (See GCBO)% eventdata reserved 一 to be def

30、ined in a future VerSiOn Of MTLB% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GL1DT)% Hints： get(hbject,String,) returns COntents Of edit3 as text%str2double(get(hbjectt,String*) returns Contents Of edit3 as a double% EXeCUteS during ObjeCt Creation. after Setting all PrOPertieS function edit3

31、_CreateFCn(hbjectt eventdata, handles)% hbject handle to edit3 (See GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MATLAB% handles empty 一 handles not Created Unti 1 after all CreateFCns CalIeeI% hbject% eventdatahandle to PUShbUttonl (See GCBO) reserved - to be defined in a future

32、 VerSiOn Of MTLB% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GUIDT) g = get, ,St4ng') ；%» n A ½ 3 If = inline () ；%½ « ½ 3 I ×>>>>3 EAUAo-Eyezplot (g) ；%八 32'EylTn E O E 0 O StringX StringXStringString2 double 2 double t = get,String,); %E<

33、<HEOAStringtol = str2double(t)；%½ « String × 5double hold on； aa = get,'String1)； %E bb = get,String,): %E a = str2double(aa)； b = str2double(bb)；ans_x. ans_y = GOId-SeP(a, b tol. f) ； % 6 » E O J « a plot (anS-Xtans.yt ' rp,) ；%½ « « a » - 3 O

34、 U I I n E Thold off；set, , String* tnum2str (ans-x) ；%<< 6AA½61 U » » T ×0 Ur e r « Y j 0 edit5<i 0 % pSet., String, tnum2str(ans_y) ；%½ « 6 A A ½ 6 1 U X© » » ×0 Ur r « Y j 0 edit5e 0 % bfunctiOn ans_x.ans_y = GOId_sep(a,b&#

35、187;toltf)%6 A » /C ½ O i * 6%« Oa « (if nargin = 3 %nargin'i±lz <<Ee2l EyJ oEy£ - toll * I D z A E ±5 6 I 3j £ -O E e A tol I © le-4tol = le-4；end；XX = a(l)÷*(b(l)-a(l)；X =xx； %xl=al+*(bl-al)yy = a(l)÷*(b(l)-a(l)；y =yy； %yl=al+*(bl-al

36、)k = l； %2 C A i k=lWhi Ie abs (b(l)-a(l) >= tol %. step2 if f (x(k) > f (y (k)% step3a = atx(k);%a(k÷l) = x(k):b = b,b(k);%b(k÷l) = b(k)；X =x.y(k);%x(k÷l) = y(k)；y = y,a(k+1)÷*(b(k÷ 1)-a(k+1) ； %y (k+l) = a(k÷l)÷*(b(k+l)-a(k*l)；else%step4a =Z ata(k);%a(k+D=

37、a(k)；b = bty(k); %b(k+l) y(k)； y = y.(k); %y(k÷D= x(k)；X =:x,a(k+l)+*( b(k+l)-a(k+l);%x(k+D= a(k+l)÷*( b(k+l)-a(k÷l):endk = k 卜1；%step5if k>1000break；end； endans_x = (a(k)+b (k) /2；% « O a T a(k)>> b 6 b(k), J U ¾ « E A E (a(k)÷b(k)2ans_y = f(ans_x)；% 

38、1; functiOn edi15_Ca11 back(hbjec11 eventdata, handles)% hbject handle to edit5 (See GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handlesStrUCtUre With handles and USer data (See GIJIDATA)% Hints： get(hbject,* String1) returns COntentS Of edit5 as text%str2double(get(hbject

39、. ,String') returns COntentS Of edit5 as a double% EXeCUteS during ObjeCt CreatiOnt after Setting all PrOPerties,functiOn edit5_CreateFCn(hbjectt eventdatat handles) % hbject handle to edit5 (See GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handles empty - handles not

40、Created UntiI after all CreateFCnS CalIed% Hint： edit COntrOIS USUal Iy have a White background On WLndOwS%See ISPC and COMPUTERif ispc && iseqml(get(hbject,'BackgroundColor').get(O,'defau11U i COn t ro1BaCkgrOUndCOlor')set(hbject,BackgroundColor',white*)；end functiOn edit6_Ca11 back(hbject, eventdata, handles)% hbject handle to edit6 (See GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future VerSiOn Of MTLB% handles StrUCtUre With handles and USer data (See GuIDATA)% Hints： get(hbject,* String1) returns COntentS Of edit6 as text%sti'2double(get(h()bject, &