1_Jacobi迭代解法.doc

课程设计(论文)任务书 软件学院 学院 10 软件工程+电气 专业 4 班一、课程设计(论文)题目可视化（GUI）的线性方程组的Jacobi迭代解法二、课程设计(论文)工作自 2012年 6月 18 日起至 2012 年 6月 22 日止。三、课程设计(论文) 地点: 电气学院机房 四、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的（1）熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能； （2）熟悉MATLAB下的程序设计；（3）掌握GUI 环境下Jacobi求解线性方程组的迭代解法；（4）熟悉MATLAB数值计算功能；(5 ) 培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。2课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）熟悉MATLAB的工作环境，学会使用MATLAB进行一些简单的运算。（2）通过此次课程设计，深入了解GUI的工作原理和基本操作，利用matlab中的GUI设计窗口设计一个界面程序，要求能够精确的进行线性方程组的Jacobi迭代。2）创新要求： GUI界面使程序更加友好、美观和合理程序要尽可能的简单，高效。3）课程设计论文编写要求（1）要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文（2）论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等（3）课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成4）答辩与评分标准： （1）完成原理分析：20分； （2）完成设计过程：40分； （3）完成调试：20分；（4）回答问题：20分；5）参考文献：（1）刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008. （2）陈壵光 毛涛涛 王正林 王玲.精通MATLAB GUI设计.电子工业出版社，2011.（3）金一庆 陈越 .数值方法 . 机械工业出版社，2000.6）课程设计进度安排 内容 天数地点 构思及收集资料 2图书馆 编程设计与调试 1实验室 撰写论文 2图书馆、实验室 学生签名： 2012年 6 月 18 日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （2）设计分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； （3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）翻译能力（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）(7) 总评分数优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；评阅人： 职称： 讲师2012 年 6 月 25 日1.MATLAB简介与特点 MATLAB的简介 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB不仅具备卓越的数值计算能力，还具有专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多. 当前流行的MATLAB 7.0/Simulink 6.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类. 开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包.MATLAB的特点：一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。6）MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。2.GUI简介与特点GUI简介：GUI 是 Graphical User Interface 的简称，即图形用户界面，通常人机交互图形化用户界面设计经常读做“goo-ee”，准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。 GUI 是一种结合计算机科学、美学、心理学、行为学，及各商业领域需求分析的人机系统工程，强调人机环境三者作为一个系统进行总体设计。 这种面向客户的系统工程设计其目的是优化产品的性能，使操作更人性化，减轻使用者的认知负担，使其更适合用户的操作需求，直接提升产品的市场竞争力。 GUI 即人机交互图形化用户界面设计。纵观国际相关产业在图形化用户界面设计方面的发展现状，许多国际知名公司早已意识到 GUI 在产品方面产生的强大增值功能，以及带动的巨大市场价值，因此在公司内部设立了相关部门专门从事 GUI 的研究与设计，同业间也成立了若干机构，以互相交流 GUI 设计理论与经验为目的。随着中国 IT 产业，移动通讯产业，家电产业的迅猛发展，在产品的人机交互界面设计水平发展上日显滞后，这对于提高产业综合素质，提升与国际同等业者的竞争能力等等方面无疑起了制约的作用。GUI特点：GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，他极大地方便了非专业用户的使用人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可以通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。 3. Jacobi方法简介jacobi迭代原理将方程组Ax=b（设）化成等价方程组： 采用迭代格式: jacobi迭代特点1，迭代程序简单2，每迭代一次只需计算一次矩阵和向量的乘法3，占用（N+1）N个单元存放矩阵和常向量，占用两组工作单元 X(k)和X(k+1).4，存在收敛性问题4.GUI中方程组的Jacobi迭代求解的实现GUI设计界面：步骤为：双击打MATLAB，然后点File-New-GUI-OK产生如上如的编辑界面，然后选取push Button、static text、edit text等到编辑区，并修改相应属性值，得到如下图的界面：添加数值后运行结果如下：5.课设学习心得通过此次课设的制作，让我对MATLAB的GUI设计和用jacobi迭代法求解方程组的解有了更深入的了解。起初我对MATLAB并不是很感兴趣，对课本上的大部分MATLAB知识都是一知半解的状态，这次课设我还以为会向前几次课设那样先自己尝试做下，不会就找同学帮忙做或者到网上直接下载一份完事。开始做的第一天我上网查了一些GUI设计的视频教程和资料，然后自己按照上面讲的试写了两个程序，都运行成功了，这给了我很大的信心，然后我开始自己动手做这次课设题目了。第一天晚上一直忙到晚上三点多，终于把GUI界面做好了，但代码运行还是出现了错误。第二天又重新做了一遍，还是出现了一些小问题，拿给同学看了下，同学很快就帮我找到了问题，原来是edit5的MAX值应该1,因为当MAX-MIN1时，可编辑文本框是多行文本。这次课设给我最大的收获就是世上无难事只要有心人。很多时候都是我们自己把问题想复杂的。6.参考文献（1）刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008. （2）金一庆、陈越、王冬梅.数值方法（第二版）北京：机械工业出版社、2000.27.附录（代码）function varargout = untitled1(varargin)% UNTITLED1 M-file for untitled1.fig% UNTITLED1, by itself, creates a new UNTITLED1 or raises the existing% singleton*.% H = UNTITLED1 returns the handle to a new UNTITLED1 or the handle to% the existing singleton*.% UNTITLED1(CALLBACK,hObject,eventData,handles,.) calls the local% function named CALLBACK in UNTITLED1.M with the given input arguments.% UNTITLED1(Property,Value,.) creates a new UNTITLED1 or raises the% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are% applied to the GUI before untitled1_OpeningFunction gets called. An% unrecognized property name or invalid value makes property application% stop. All inputs are passed to untitled1_OpeningFcn via varargin.% *See GUI Options on GUIDEs Tools menu. Choose GUI allows only one% instance to run (singleton).% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES% Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc.% Edit the above text to modify the response to help untitled1% Last Modified by GUIDE v2.5 17-Jun-2012 19:02:12% Begin initialization code - DO NOT EDITgui_Singleton = 1;gui_State = struct(gui_Name, mfilename, . gui_Singleton, gui_Singleton, . gui_OpeningFcn, untitled1_OpeningFcn, . gui_OutputFcn, untitled1_OutputFcn, . gui_LayoutFcn, , . gui_Callback, );if nargin & ischar(varargin1) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin1);endif nargout varargout1:nargout = gui_mainfcn(gui_State, varargin:);else gui_mainfcn(gui_State, varargin:);end% End initialization code - DO NOT EDIT% - Executes just before untitled1 is made visible.function untitled1_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)% This function has no output args, see OutputFcn.% hObject handle to figure% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% varargin command line arguments to untitled1 (see VARARGIN)% Choose default command line output for untitled1handles.output = hObject;% Update handles structureguidata(hObject, handles);% UIWAIT makes untitled1 wait for user response (see UIRESUME)% uiwait(handles.figure1);% - Outputs from this function are returned to the command line.function varargout = untitled1_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);% hObject handle to figure% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Get default command line output from handles structurevarargout1 = handles.output;function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit1 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit1 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.% See ISPC and COMPUTER.if ispc set(hObject,BackgroundColor,white);else set(hObject,BackgroundColor,get(0,defaultUicontrolBackgroundColor);endfunction edit2_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit2 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit2 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit2 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit2 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.% See ISPC and COMPUTER.if ispc set(hObject,BackgroundColor,white);else set(hObject,BackgroundColor,get(0,defaultUicontrolBackgroundColor);endfunction edit3_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit3 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit3 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit3 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit3 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.% See ISPC and COMPUTER.if ispc set(hObject,BackgroundColor,white);else set(hObject,BackgroundColor,get(0,defaultUicontrolBackgroundColor);endfunction edit4_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit4 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit4 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit4 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit4_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit4 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.% See ISPC and COMPUTER.if ispc set(hObject,BackgroundColor,white);else set(hObject,BackgroundColor,get(0,defaultUicontrolBackgroundColor);end% - Executes on button press in pushbutton1.function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)A=str2num(get(handles.edit1,string);b=str2num(get(handles.edit2,string);c=str2num(get(handles.edit3,string);d=str2num(get(handles.edit4,string);x,n=jacobi(A,b,c,d)set(handles.edit5,string,x);set(handles.edit6,string,n);function edit5_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit5 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)% Hints: get(hObject,String) returns contents of edit5 as text% str2double(get(hObject,String) returns contents of edit5 as a double% - Executes during object creation, after setting all properties.function edit5_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to edit5 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.% See ISPC and COMPUTER.if ispc set(hObject,BackgroundColor,white);else set(hObject,BackgroundColor,get(0,defaultUicontrolBackgroundColor);endfunction edit6_Callback(hObjec