【文章內(nèi)容簡介】 控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把 MATLAB 作為內(nèi)容。這幾乎成了九十年代教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志。在那里， MATLAB 是攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。 在國際學術界， MATLAB 已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是信息科學刊物） ，都可以看到 MATLAB 的應用。 在設計研究單位和工業(yè)部門， MATLAB 被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國 National Instruments 公司信號測量、分析軟件 LabVIEW ， Cadence 公司信號和通信分析設計軟件 SPW 等，或者直接建筑在 MATLAB 之上，或者以 MATLAB 為主要支撐。又如 HP 公司的 VXI 硬件， TM 公司的 DSP ， Gage 公司的各種硬卡、儀器等都接受 MATLAB 的支持。 MATLAB巨人肩上的工具 MATLAB 被譽為 “巨人肩上的工具 ”。 由于使用 Matlab 編程運算與人進行科學計算的思路和表達方式完全一致，所以不象學習其它高級語言 如 Basic、 Fortran 和 C 等那樣難于掌握，用 Matlab 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題，所以又被稱為演算紙式科學算法語言 一般數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應用程序，并集應用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。在這個環(huán)境下，對所要求解的問題，用戶只需簡單地列出數(shù)學表達式，其結果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來。 MATLAB 的含義是矩陣實驗室（ MATRIX LABORATORY），主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無須定義維數(shù)的矩陣。 MATLAB 自問世以來 ,就是以數(shù)值計算稱雄。 MATLAB 進行數(shù)值計算的基本單位是復數(shù)數(shù)組（或稱陣列），這使的 MATLAB 高度 “向量化 ”。經(jīng)過十幾年的完善和擴充，現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標準工具。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。 美國許多大學的實驗室都安裝有 MATLAB 供學習和研究之用。在那里 ,MATLAB 是攻讀學位的大學生碩士生 博士生必須掌握的基本工具。 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 共 33 頁 MATLAB 中包括了被稱作工具箱（ TOOLBOX）的各類應用問題的求解工具。工具箱實際上是對 MATLAB 進行擴展應用的一系列 MATLAB 函數(shù)（稱為 M 文件），它可用來求解各類學科的問題，包括信號處理、圖象處理、控制系統(tǒng)辨識、神經(jīng)網(wǎng)絡等。隨著MATLAB 版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此，應用范圍也越來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類工程師不可不用的工具。 中包括了圖形界面編輯 GUI，改變了以前單一的 “在指令窗通過文本形的指令進行各種操作 ”的狀況。這可讓使用者也可以象 VB、 VC、 VJ、 DELPHI 等那樣進行一般的可視化的程序編輯。在命令窗口（ matlab mand window）鍵入 simulink，就出現(xiàn) (SIMULINK) 窗口。以往十分困難的系統(tǒng)仿真問題，用 SIMULINK 只需拖動鼠標即可輕而易舉地解決問題，這也是近來受到重視原因所在。 JDK 的內(nèi)容和介紹 JDK(Java Development Kit)是 Sun Microsystems 針對 Java 開發(fā)員的產(chǎn)品。自從 Java推出以來， JDK 已經(jīng)成為使用最廣泛的 Java SDK（ Software development kit） 。 JDK 是整個 Java 的核心，包括了 Java 運行環(huán)境（ Java Runtime Envirnment），一堆 Java 工具和 Java 基礎的類庫 ()。不論什么 Java 應用服務器實質(zhì)都是內(nèi)置了某個版本的 JDK。因此掌握 JDK 是學好 Java 的第一步。最主流的 JDK 是 Sun 公司發(fā)布的JDK，除了 Sun 之外，還有很多公司和組織都開發(fā)了自己的 JDK，例如 IBM 公司開發(fā)的 JDK， BEA 公司的 Jrocket，還有 GNU組織開發(fā)的 JDK 等等。其中 IBM 的 JDK 包含的 JVM（ Java Virtual Machine）運行效率要比 Sun JDK 包含的 JVM 高出許多。而專門運行在 x86 平臺的 Jrocket 在服務端運行效率也要比 Sun JDK 好很多。但不管怎么說，我們還是需要先把 Sun JDK 掌握好。 從 SUN 的 開始 ,提供了泛型等非常實用的功能，其版本信息也不再延續(xù)以前的 ， ，而是變成了 , 了。從 ，其運行效率 得到了非常大的提高，尤其是在桌面應用方面。 JDK 本身使用了 Java 語言編寫，在我們下載的安裝包里，有一個 ，里面就是JDK 的源代碼。 JDK 包含的基本組件包括： javac – 編譯器，將源程序轉(zhuǎn)成字節(jié)碼 jar – 打包工具，將相關的類文件打包成一個文件 javadoc – 文檔生成器，從源碼注釋中提取文檔 jdb – debugger，查錯工具 java – 運行編譯后的 java 程序（ .class 后綴的） appletviewer：小程序瀏覽器 ，一種執(zhí)行 HTML 文件上的 Java 小程序的 Java瀏覽器。 Javah：產(chǎn)生可以調(diào)用 Java 過程的 C 過程，或建立能被 Java 程序調(diào)用的 C 過程的頭文件。 Javap： Java 反匯編器，顯示編譯類文件中的可訪問功能和數(shù)據(jù)，同時顯示字節(jié)代碼含義。 Jconsole: Java 進行系統(tǒng)調(diào)試和監(jiān)控的工具 。 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 共 33 頁 ： 這個是系統(tǒng)的基礎類，比如 String 等都是這里面的，這個 package是唯一一個可以不用 import 就可以使用的 Package : 這里面是所有輸入輸出有關的類 ，比如文件操作等 : 這里面是與網(wǎng)絡有關的類，比如 URL,URLConnection 等。 : 這個是系統(tǒng)輔助類，特別是集合類 Collection,List,Map 等。 : 這個是數(shù)據(jù)庫操作的類， Connection, Statement， ResultSet 等 : 這個是 JSP,Servlet 等使用到的類 開發(fā)環(huán)境需求 本文用的是 Matlab2021b 軟件和 JDK,通過 MATLAB 中的 Java Builder 實 現(xiàn) Matlab和 java 的混編。把 Matlab 函數(shù)包裝到 1 個或多個 Java 類。而何為 Java Builder， MATLAB Builder for Java(又叫 Java Builder)是對 MATLAB Compiler 的擴展。用 Java Builder 可以將 MATLAB 函數(shù)包裝到一個或多個 Java 類中形成一個 Java 組件或包。每個 MATLAB函數(shù)被封裝為 Java 類的一個方法，可以在 Java 應用程序中被調(diào)用。 還有就是 與 MATLAB 對其他程序的外部接口相比，我覺得 Java 接口在一下幾個方面比較有特色： (1)在 .m文件中可以直接調(diào)用 Java 資源。例如可以調(diào)用 JDK 中的界面元素構建用戶界面。 (2)可以利用 Java 在網(wǎng)絡功能方面的優(yōu)勢，開發(fā)基于 Web 的應用程序。 本文所生成的系統(tǒng)，最后的情況是 生成的可執(zhí)行程序能夠脫離 MATLAB 環(huán)境使用，而具體執(zhí)行的時候應該說也是在進行解釋執(zhí)行，它是由 MATLAB Component Runtime，即MCR 來解釋執(zhí)行，不過，如果你使用舊版本的 MATLAB，例如 MATLAB ，則生成的 exe文件不是解釋執(zhí)行，但是也需要具有相應的環(huán)境才能夠成功執(zhí)行。因此，生成的 exe 文件在第三者的計算機上 (沒有安裝 MATLAB)運行時，需要安裝一個運行環(huán)境，在 MATLAB的安裝路徑下你可以找到 (MATLAB 7)/(MATLAB )文件，在目標計算機運行一下安裝 MATLAB 運行環(huán)境就可以了。 JDK(Java Development Kit)是 Sun Microsystems 針對 Java 開發(fā)員的產(chǎn)品。自從 Java推出以來， JDK 已經(jīng)成為使用最廣泛的 Java SDK。 JDK 是整個 Java 的核心，包括了 Java運行環(huán)境 ， Java 工具和 Java 基礎的類庫。 故我們還要設置環(huán)境變量，如圖 圖 設置 JAVA_HOME 環(huán)境變量 常州大學本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 共 33 頁 將環(huán)境變量 PATH 的值增設一個 %JAVA_HOME%\bin，如圖 圖 設置 PATH 環(huán)境變量值 這樣之后變可以生成 .Jar 文件， 而生成的生成的 .jar 文件是不可單獨運行的，必須在安有 MCR 的環(huán)境才可運行。 功能需求 本課題要求設計 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)分析與建模工具原型 。 通過 Matlab 分析數(shù)據(jù)，以及設計建模工具，對 Matlab 有更進一步的了解與學習；除此之外，對數(shù)學模型的構建有一個更深入地學習。同時使得這個建模工具能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中直接讀取數(shù)據(jù)并進行自動分析建模，在同 Java 調(diào)用 MATLAB 顯示數(shù)學模型建模分析的結果。 方案的原理、特點和選擇依據(jù) MATLAB語言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸人輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c的高級語言，它具有以下主要特點 : （ 1）功能強大、內(nèi)涵豐富： MATLAB 擁有 600 多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便地實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能；目前最新的 版本 包括一般數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、建模、系統(tǒng)控制與優(yōu)化、動態(tài)仿真、有限元分析等應用程序，可以方便地處理各種應用問題。 （ 2）語言簡單，易學易用：針對 WINDOWS環(huán)境下所要解決的問題， 。MATLAB語言表述形式和其數(shù)學表達形式相同，不需要按傳統(tǒng)方法編程，易學易用；而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機查詢和幫助系統(tǒng)，利于自學。 （ 3）界面友好，編程高效、方便： MATLAB語言簡潔緊湊，使用靈活方便；用戶界面接近 WINDOWS 標準界面，人機交互強，操作極簡單；庫函數(shù)異常豐富，避免了復雜的子程序編 程任務。 （ 4）先進的數(shù)據(jù)可視化功能：最新的 功能方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能。 （ 5）豐富的模塊集和工具箱： MATLAB對許多專門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱，它們由特定領域的專家開發(fā)，用戶可以直接使用而不需要自己編寫代碼。 （ 6）開放性及可延拓的特性： MATLAB 是一個開放系統(tǒng)，用戶可以方便地看到函數(shù)的源程序，也可以通過 。 文件方便地開發(fā)自己的程序，甚至創(chuàng)建自己的“庫”。 （ 7）程序接口功能： MATLAB 可以方便地與 FORTRAN、 C、 C++ 等語言進行連接，以常州大學本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 共 33 頁 充分利用各種資源。 正因為 MATLAB具有上述其他語言無法比擬的優(yōu)勢和特點，能夠非常方便、快捷、高效地解決數(shù)學建模所涉及眾多領域的實際問題，使它在眾多數(shù)學軟件中脫穎而出，成為數(shù)學軟件中的精品，倍受數(shù)學建模者的青睞。 數(shù)學建模是指對現(xiàn)實世界的一特定對象，為了某特定目的，做出一些重要的簡化和假設，運用適當?shù)臄?shù)學工具得到一個數(shù)學結構，用它來解釋特定現(xiàn)象的現(xiàn)實性態(tài)，預測對象的未來狀況，提供處理對象的優(yōu)化決策和控制，設計滿足某種需要的產(chǎn)品等 [7]。 數(shù)學建模的一般過程如下 : 模型準備： 了解問題的實際背景，明確其實際意義，掌握對象的各種信息。用數(shù)學語言來描述問題。 模型假設：根據(jù)實際對象的特征和建模的目的，對問題進行必要的簡化，并用精確的語言提出一些恰當?shù)募僭O。 模型建立：在假設的基礎上，利用適當?shù)臄?shù)學工具來刻劃各變量之間的數(shù)學關系，建立相應的數(shù)學結構。（盡量用簡單的數(shù)學工具） 模型求解：利用獲取的數(shù)據(jù)資料，對模型的所有參數(shù)做出計算（估計）。 模型分析：對所得的結果進行數(shù)學上的分析。 模型檢驗：將模型分析結果與實際情形進行比較，以此來驗證模型的準確性、合理性和適用性。如果模型與實際較吻合， 則要對計算結果給出其實際含義，并進行解釋。如果模型與實際吻合較差 ,則應該修改假設，再次重復建模過程。 模型應用：應用方式因問題的性質(zhì)和建模的目的而異 。 我們可以對數(shù)學模型做如下定義 :數(shù)學模型是關于部分現(xiàn)實世界和為一種特殊目的而作的一個抽象的、簡化的結構?！本唧w來說，數(shù)學模型就是為了某種的，用字母、數(shù)學及其它數(shù)學符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學結構表達式。數(shù)學模型的類別 主要有 : (1) 按照人們對原形的認識過程分，可分為描述性的和解釋性的數(shù)學模型。描述性的 模型是從特殊到一般，它是從分析具體客觀事物及其狀態(tài)開始，最終得到一個數(shù)學模型。客觀事物之間量的關系，通過數(shù)學模型