基于MATLAB的常用数据处理系统设计及实现

邓昌瑞++周小红++周木兰++胡莉莉++聂水晶

摘 要 本文利用MATLAB软件，采用GUI技术并结合数学模型优化算法，设计一款功能强大、操作简便、适用于不同用户的数据处理系统，方便人们对在生活工作中所遇到的数据进行处理并依此进行正确决策。

【关键词】MATLAB GUI系统 数据处理 数学模型 最优算法

1 引言

随着社会进入到高度信息化时代，工作生活在不同行业、不同层次的人们，通常需要处理发生在身边的各种数据：如纯数字的四则运算、个人所得税问题、年薪制下确定月薪与年终奖的问题、现代消费中的各种贷款问题（如车贷、房贷等）等。除此之外，在万众创业、万众创新的时代，从事小微企业的人们还经常需要用到统计知识去评价或预测在生产经营活动中所遇到的问题：如根据检测数据判定产品合不合格的问题、两个事情之间有无关联的问题、近期、中长期的收入预测问题等等。这些数据由专业人员处理起来并不难，但如果是一般人员或小微企业（一般不可能会有处理数据的专门人员）去处理，显然不是一件容易的事情。所以设计出一款操作简单、成本较低、根植性好、功能较为齐全的常用数据处理系统，就显得非常有必要。

2 主要技术

MATLAB是一种在科研计算中最为常用的一种软件。MATLAB在数据处理与分析上有许多优点，特别是能轻易解决数学中的各种问题——不论是数字运算还是符号运算或图形处理等方面的问题。只要开发者能够合理利用MATALAB软件的计算功能、作图功能及各种工具箱就可以设计出人机交互（GUI）窗口，使用户操作变得异常简单——即使用户没有什么文化或数据处理基础，也能轻易掌握使用。另外重要的一点是，虽然MATLAB对安装环境要求较高，但是由MATLAB软件做成的GUI，却可以在一般的电脑或操作系统中兼容使用，甚至可以实现WEB服务，在产品的升级、维护方面也非常简单且费用较低。

3 系统设计

3.1 系统功能模块的确定

通过调查研究，确定好数据处理系统需要的功能，并依此得出系统模块功能框架图（如图1所示）。

3.2 设计原则与用例图

由于计算系统的功能是为处理人们在生活或工作中常用的数据为目标，而面对的用户为没有数据处理能力或知识欠缺的普通大众，所以系统设计的宗旨要遵循以下三个原则：

（1）功能的实用性原则：所设计的系统要求与人们的工作、生活密切相关；

（2）操作的简易性原则：包括系统的安装、使用说明（根据提示即可进行操作，用户无须掌握MATLAB编程知识或相关统计知识）、数据录入、结果可读性等方面要简单易懂；

（3）产品升级、维护的低成本原则：做到升级简单方便，维护成本为低成本（或无成本）有利于延长产品的寿命及普及推广。

基于上述的三个设计原则，设计出数据处理系统的用例模型图（见图2）。

3.3 系统具体操作过程设计

针对系统需要提供给不同文化层次的人群使用的设计原则，对系统操作界面的设计要做到直观、清晰，操作步骤或过程要简捷。以此为方向，设计出系统的操作过程（或步骤）示意图（见图3）。

3.4 操作界面的设计

根据系统模块功能框架图、系统的用例模型图、系统的操作过程（或步骤）示意图，结合系统操作方法，采用MATLAB GUI技术，设计出不同功能模塊的GUI操作界面。如主界面（见图4）；再如银行贷款决策功能模块中提供了分别在月收入一定及贷款总额一定两种方式的决策，可以按顺序设计出相应的界面（见图5、图6）。那么，当用户进入系统（即打开主界面），点击“功能4：银行贷款决策”，即可进入“银行贷款方式选择界面”操作界面（如图5所示），在此界面上再点击“选择1：选择在月支付能力一定的情况下，进行银行贷款决策计算”，则系统进入到“月还款能力一定条件下的决策界面图”操作界面（见图6），然后根据此界面的提示（说明）进行具体操作，即可实现贷款决策。其它的功能操作界面的设计及操作方法都相同。

在数据录入方面，当需要录入较多数据（如系统的统计功能）时，用界面上的数字键录入方法会影响录入速度，系统还应当提供用电脑键盘录入方式或直接从EXCEL读入数据的方式或方法。

4 优化算法、编写响应程序

操作界面设计好后，需要根据界面按键编写相应的响应程序。响应程序的编写要遵循下列原则：

（1）弄清功能模块的计算方法，计算的结果要正确；

（2）优化算法，最大可能减少运算步骤，减少系统运算时间；

（3）可读性强，最好结合图表来显示运算结果；

（4）为方便升级、维护，尽量在源程序代码后面添加足够的注释。

为保证结论的正确性、系统反应的快捷性、系统易升级维护性，对于较为复杂的问题采取先建立数学模型来优化系统运算过程的方法——好的算法可以省时省力且性价比高，而不好的方法不仅费时费力、达不到效果而导致性价比较低。

在编写源程序代码时，用迭代法去搜索最优解是一种最费时费力的方法，要尽力避免。例如，在年薪制中，当年薪为30万时，用迭代法去搜索最优的月收入与年终奖的循环次数巨大，严重影响系统的运行速度。所以，这类问题最好结合相应的数学模型来解决算法问题。

5 后记

数据处理系统做好后，为了能够在不同的操作系统上使用，可以把系统转换成“.Exe”文件并打包，在操作系统不同的电脑上只须重新安装就能直接使用。也可以做成WEB网页进行直接使用。需要升级维护时，可以在MATLAB环境下打开源程序代码直接进行修改或添加新功能。总之，利用MATLAB开发出的常用数据处理系统，具有简单、实用、根植性能好、升级维护方便的特点，适合不同文化层次的人们使用：使用者不能掌握高深的统计知识、软件编程知识就可以达到进行决策的目的。

参考文献

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作者单位

江西工程学院 江西省新余市 338000