【正文】 方式實現(xiàn)： double var[5] = { , , , 1, }。 iN。 最后介紹本類初始化時的一個特點(diǎn)。is, AlmostVectorT amp。 friend std::istreamamp。os, const GneVectorT amp。 輸入輸出函數(shù)的聲明如下： friend std::ostreamamp。而輸入則需放到 AlmostVector 類中，作為 Vector 和 VectorView 類的共有函數(shù)。由于輸出只需要對對象具有只讀權(quán)限即可，而輸入則要求對對象的讀寫權(quán)限。 可以看到 slice 類主要保存三個數(shù)據(jù)，即 1． 向量的第一個元素的下標(biāo)， _Start 2． 向量的長度， _Len 3． 步長，即每個元素之間 的間隔， _Stride 這種類型可以完全使用到我們的視圖類中，這也是為什么選擇 valarray 模板作為內(nèi)置向量類型的原因之一。 補(bǔ)充說明 上面接口中使用到的 slice 類型是 C++標(biāo)準(zhǔn)庫中 valarray 類的組成部分，大致結(jié)構(gòu)如下 : class slice { public: ................... protected: size_t _Start, _Len, _Stride。 val() 。 vec) 。 constVal() const。 getSlice() const 。 slice viewSlice_。 … }。 vec, const slice amp。 vec) 。 ................................ Vector(const T * p, size_t n) 。 val, const sliceamp。 val) 。 constVal() const。 getSlice() const 。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 slice slice_。但是注意 Vector 類包含向量元素 , 并且提供盡可能多的構(gòu)造函數(shù)，以便使用能使不同的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)為 Vector 類型。 … }。 //VectorView and Vector 的共有函數(shù) //subVector ConstVectorViewT subVector(const slice amp。 //override this function in VectorView and Vector virtual valarrayTamp。接口大 致如下： //VectorView and Vector should inherit this class template typename T class AlmostVector : public GneVectorT { public: AlmostVector()。} }。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 ................. T operator [](size_t i) const { return cref(i) 。 vec, const sliceamp。 vec) 。 constVal() const 。 getSlice() const。 slice viewSlice_。 ConstVectorView 接口 由于 ConstVectorView 繼承于基類，有些方法已經(jīng)在基類中實現(xiàn)，所以該類本身比較簡單，提供構(gòu)造函數(shù)，視圖函數(shù)，和元素存取功能即可。 .................... }。} size_t index(size_t i) const { return getSlice().start() + i*getSlice().stride() 。} size_t start() const { return getSlice().start() 。 constVal() const = 0。 getSlice() const = 0。由于視圖類也是繼承于 GneVector，所以 GneVector 類不應(yīng)該包涵數(shù)據(jù)，但是要用到有些方法要用到向量元素，所以可以通過虛函 數(shù)來取得派生類的數(shù)據(jù)。 GneVector 一般矩 陣類， AlmostVector 類， ConstVectorView 常視圖類，VectorView 類和 Vector 向量類，它們之間的繼承關(guān)系如下： 圖 31 繼承關(guān)系圖 根據(jù)類的抽象設(shè)計原則，最底層的類應(yīng)該具有最通用的方法和數(shù)據(jù)，若需要使用未知的方法，可將此方法聲明為虛函數(shù)，留給派生類取定義。 這時候通過一個視圖類和大量的 const 屬性來使代碼正常工作是件非常困難的事，無法預(yù)料什么時候會發(fā)生錯誤，而且編碼時代碼混亂不堪，這不是我想要 本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 的。 此時 VectorView 類內(nèi)部的實現(xiàn)將非常復(fù)雜，會擁有兩個非常相似的構(gòu)造函數(shù)，而且編譯器會給出警告。 VectorViewdouble c_view(c_vec)。 VectorViewdouble view(vec)。 const Vectordouble c_vec(10)。考慮如下情況： Vectordouble vec(10)。 其次，當(dāng)新的需求來臨時，我的代碼工作的很不正常，比如我需要視圖類有兩種形式，一種是可變視圖，一種是常視圖。后來我試著用 private 繼承方式，然后在視圖類中重寫需要的函數(shù)，重寫非常簡單，只是對基類函數(shù)的調(diào)用而已。 向量類的構(gòu)架 根據(jù)需求分析，首先需要一個 Vector 向量模板類，還需要一個 VectorView向量視圖模板類， VectorView 貌似可以繼承 (public)于 Vector 類，這樣就擁有了Vector 類的所有方法，也就可以對向量的局部進(jìn)行操作了，可是在代碼初期的設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)這樣根本行不通。 valarray 模板類不支持泛型運(yùn)算 (接口上 )，內(nèi)存不可動態(tài)改變，元素的插入和刪除也無從談起了，但是它對元素的數(shù) 學(xué)運(yùn)算支持非常好，對 +， +=，*=， sin， cos 等等操作符都進(jìn)行了重載，使用非常方便。 向量結(jié)構(gòu) 體 既然已經(jīng)選擇丟棄 GSL 提供的向量結(jié)構(gòu)體，那么就要重新定義或選擇新的向量類型。如果沒有定義的話，那么那些計算過程將使用全局靜態(tài)變量，以 提高計算速度。 此數(shù)學(xué)庫支持?jǐn)?shù)組邊界檢查，當(dāng)然如果對速度要求高的話，在編譯的時候可以通過設(shè)置 NSL_RANGECHECK_OFF 關(guān)閉內(nèi)存檢查，以編譯出對邊界不做檢查的可執(zhí)行文件。 所有文件都要包含的預(yù)編譯頭文件是 ，預(yù)編譯宏定義大致如下： ifdef WIN32 ifdef NSL_DLL ifdef DLL_EXPORT define NSL_VAR extern __declspec(dllexport) define NSL_EXPORT __declspec(dllexport) else define NSL_VAR extern __declspec(dllimport) define NSL_EXPORT __declspec(dllimport) .................... 本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 /* Turn range checking on by default, unless the user defines NSL_RANGE_CHECK_OFF, or defines NSL_RANGE_CHECK to 0 explicitly */ ifdef NSL_RANGE_CHECK_OFF ifndef NSL_RANGE_CHECK define NSL_RANGE_CHECK 0 else ................. define NSL_SUPPORT_MULTITHREAD 上述宏定義非常方便，如果要重新編譯此庫文件，若在 windows 環(huán)境下，則需要同時定義 WIN32， NSL_DLL，和 DLL_EXPORT 即可。 src 目錄中為工程的實現(xiàn)源碼。 example 目錄中為工程代碼使用的示例。 8． 支持的插值算法有線性插值，三次樣條插值， n 階多項式插值。 6．接口簡單明了，使用方便。 4．設(shè)計一種基于 xml 格式的插值表。 2． 支持多線程。 插值 設(shè)計一組類 ,支持 N 維插值 , 使用拉格朗日和三次樣條插值公式。 7. 可以動態(tài)改變隨機(jī)數(shù)算法。 5. 可以返回每種算法所能產(chǎn)生的最大隨機(jī)值，最小隨機(jī)值。 3. 可以返回區(qū)間 [0,1)中浮點(diǎn)數(shù)。 9．矩陣求逆，行列式， LU 分解，高斯分解 ,SV 分解 ,求跡，求秩 10．單位矩陣 本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 隨機(jī)數(shù) 設(shè)計一個隨機(jī)數(shù)類 CRandom，滿足如下要求： 1. 支持多種隨機(jī)數(shù)算法。 7. 支持 C++輸入 和輸出，即需重載 和 操作符。 5. 支持多線程。 3. 支持基本的向量數(shù)學(xué)運(yùn)算，如 +*/，范數(shù)，支持叉乘等等。 1. 用戶不負(fù)責(zé)矩陣類對象內(nèi)部的任何內(nèi)存申請和刪除工作。 并且 矩陣 中的元素在內(nèi)存中所占的空間的大小是相同的。 8. 支持自定義類型。 6. 提供向量視圖功能 (可對向量的局部作為一個獨(dú)立向量進(jìn)行操作 )。 4. 需提供最大值，最小值，平均值，求和等函數(shù)。 2. 支持通過操作符 []和 ()對元素進(jìn)行隨機(jī)存取。滿足如下要求。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 3 第 2 章 需求分析 向量 需要設(shè)計一個類，能對數(shù)學(xué)上的向量進(jìn)行描述和運(yùn)算。 2. 設(shè)計并實現(xiàn)多維插值算法 3. 應(yīng)用 VC++完成 GSL 的 Lib 和 DLL 多種應(yīng)用開發(fā)。缺點(diǎn)是使用非常不方便，用戶要負(fù)責(zé)大量的內(nèi)存分配和釋放工作，時刻注意內(nèi)存是否泄漏，花費(fèi)大量精力去維護(hù)代碼，而不是專注于算法本身。包含數(shù)值計算的很多方面，如隨機(jī)數(shù)，向量，矩陣，常微分方程初值問題，特殊函數(shù)，積分，線性代數(shù)，傅里葉變換，最小二乘法，統(tǒng)計，排列，組合，特征值的求解等等。 GSL 全稱 GNU Scientific Library，是 GNU 項目的組成部分，遵循 GPL 協(xié)議。 matlab 最大的缺點(diǎn)就是循環(huán)速度奇慢無比，當(dāng)然這是解釋性語言的通病。 國內(nèi)外發(fā)展情況 就目前來看，最常用的科學(xué)計算仿真工具應(yīng)該是 matlab 莫屬了， matlab 有很多優(yōu)點(diǎn)，界面友好，易于操作，強(qiáng)大的工具箱，對矩陣支持良好。 ，加深對飛行力學(xué)、飛行仿真計算等專業(yè)知識的理解，完成基于 C++的飛行仿真算法開發(fā)。flight vehicle simulation alogrithm,。飛行器仿真算法 。 論文結(jié)尾給出了該算法庫在 RTX 系統(tǒng)下的測試示例。數(shù)值計算中的其他部分，具體代碼中也有涉及，但由于篇幅所限，未在論文中闡述。 3．學(xué)習(xí)、掌握 GSL、 VC++軟件的仿真程序設(shè)計，完成基于 RTX 實時環(huán)境算法庫開發(fā)。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 題 目 飛行器實時仿真算法研究 專業(yè)名稱 飛行器設(shè)計與工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時間 畢業(yè) 任務(wù)書 一、題目 飛行器實時仿真算法研究 二、指導(dǎo)思想和目的要求 1. 通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的獨(dú)立科研能力，熟悉并掌握從事科學(xué)研究的一般方法和基本技能。 2. 鞏固所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，加深對飛 行力學(xué)、飛行仿真計算等專業(yè)知識的理解，完成基于 C++的飛行仿真算法開發(fā)。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 完成 GSL 代碼由 C 到 C++轉(zhuǎn)化 . 應(yīng)用 VC++完成 GSL 的 Lib 和 DLL 多種應(yīng)用開發(fā) . 完成基于 RTX 實時仿真應(yīng)用 . 設(shè)計 論文 四、進(jìn)度和要求 查閱相關(guān)資料 第 3 周 翻譯兩篇于論文相關(guān)的英文資料 第 4 周 學(xué)習(xí)基于 C 的 GSL 開源軟件使用 第 3~4 周 完成 GSL 代碼由 C 到 C++轉(zhuǎn)化 第 5~8 周 應(yīng)用 VC++完成 GSL多種應(yīng)用開發(fā) 第 9~10 周 完成基于 RTX 實時仿真應(yīng)用 第 11~15 周 仿真結(jié)果分析、撰寫論文 第 16~17 周 準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯 第 18 周 五、主要參考書及參考資料 [1] William H. Press. NUMERICAL RECIPES, Third Edition, Cambridge University Press, 2020 [2] Ardence Company, RTX SDK Release Notes, US, 2020. 學(xué)生 ___________ 指導(dǎo)教師 ___________ 系主任 __________