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内容提要
基于MATLAB平台的科研进程方法论
MATLAB科研数据分析方法
MATLAB数学建模方法
MATLAB科研优化问题处理方法
基于MATLAB的科研中的数值模拟与仿真
基于MATLAB的科研成果的展示与汇报
6
集成
代码实现
测试和验证
基于模型设计流程(MBD)
详细设计
Environmental Models
Control Algorithms
Mechanical Electrical
Supervisory Logic
从仿真模型自动产生代码直接部署到产品目标处理器上:
• 微控制器• FPGA
• PLC
调研报告 需求说明
MCU DSP FPGA ASIC
Structured
Text
VHDL,
VerilogC, C++
PLC
7
科学计算典型流程
Reporting and
Documentation
Outputs for Design
Deployment
ShareExplore & Discover
Data Analysis
& Modeling
Algorithm
Development
Application
Development
Files
Software
Hardware
Access
Code & Applications
Automate
9
数据分析流程及方法
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
5
10
15
20
25
30
35
40
数据
统计分析
可视化
数据处理与建模
缺失值 去噪 回归
假设检验
分布率神经网
络
)sin( 654
2
321 xxxy
10
数据可视化
Basic Histogram Custom Number of Bins By Group With a Normal Distribution Fit
3D Histogram Scatter Plot Pie Chart
>> load fisheriris
Box Plot
11
J F M A M J J A S O N D0
10
20
30
40
Month
Days
TS
1
2
3
4
5
柱状图的变换
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
5
10
15
20
25
30
35
40
12-by-6
Colors
Annotations
Tick marks
Tick labels
12
假设检验
130 140 150 160 170 180 190 200 2100
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Height [cm]
Men
Women
ttest
ttest2
vartest
vartest2
vartestn
ztest
ttest
ttest2
ztest
>> [h,p,ci,stats] = ttest2(hmen,hwomen,0.05,'right')
ttest
ttest2
normal
distributions
testing
means
unknown
variance
comparing
two samplesttest2
13
回归方法
1990 1995 2000 2005 20103.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
Year
Con
sum
ptio
n [
106
barr
els
/day]
Data
Model
)sin( 654
2
321 xxxy
15
分类方法
0
20
40
60
80
100
Per
cent
age
Bank Marketing Campaign
Misclassification Rate
N
eura
l Net
Logi
stic
Reg
ress
ion
Dis
crim
inan
t Ana
lysi
s
k-ne
ares
t Nei
ghbo
rs
Nai
ve B
ayes
S
uppo
rt V
M
Dec
isio
n Tr
ees
Tree
Bagg
er
No
Misclassified
Yes
Misclassified
19
燃油消耗建模
目标:
– Model BSFC* =
f(Engine Speed, Engine Load)
方法:
– 从多种数据源获取数据
– 执行数据探索
– 数据曲面拟合1000
2000
3000
40005000
0.2
0.4
0.6
0.8
0
200
400
600
800
1000
SpeedLoad
BS
FC
*BSFC = Brake Specific Fuel Consumption
21
优化工具箱求解器
线性
• LINPROG
• BINTPROG
二次
• QUADPROG
非线性
• FMINCON
• FMINUNC
• FMINBND
• FMINSEARCH
• FSEMINF
最小二乘
• LSQLIN
• LSQNONNEG
• LSQCURVEFIT
• LSQNONLIN
非线性方程求解
• FSOLVE
• FZERO
多目标规划
• FGOALATTAIN
• FMINIMAX
22
-2
0
2
-3-2
-10
12
3
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
x
Peaks
y
全局优化算法
多起点算法
全局搜索
模式搜索
遗传算法
模拟退火算法Local minima
Global
minima
24
水体污染过程模拟
连续污染源中心扩散示意图 (a)
x方向污染物浓度 /(mg/L)
y方向污染物浓度
/(m
g/L
)
16 18 20 22 24 26
50
60
瞬时点源中心扩散示意图 (b)
x方向污染物浓度 /(mg/L)
y方向污染物浓度
/(m
g/L
)
40 45 50 55 60 65
20
30
连续污染源水下 10米扩散示意图 (c)
x方向污染物浓度 /(mg/L)
y方向污染物浓度
/(m
g/L
)
14 16 18 20 22 24 26 28
45
50
55
60
65
瞬时点源水下 10米扩散示意图 (d)
x方向污染物浓度 /(mg/L)
y方向污染物浓度
/(m
g/L
)
40 45 50 55 60 65
20
30
26
发布在科研过程中的位置
数据 建模 优化 仿真 发布
MATLAB 平台
统计
可视化
回归
学习
机理建模
数据建模
参数优化
数值优化
选型优化
目标优化
数值仿真
系统仿真
报告论文专利产品应用
27
实例: 电池测试数据处理
目标:– 处理电池测试数据,以用于精确的参数估
计和模型建立
方法:– 导入并对数据进行可视化
– 自动执行数据处理流程
– 以不同的形式分享结果
相关工具箱:
– MATLAB
– Statistics Toolbox
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45007.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
Time (s)
Voltage (
V)
Raw Data
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500-0.01
0
0.01
0.02
0.03
Time (s)
Curr
ent
(Am
p)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40008
8.5
9
9.5
10
10.5Voltage Data
Time (s)
Voltage
Original Data
Smoothed Data
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
subTime
subC
urr
ent
subCurrent vs. subTime
Excluded subCurrent vs. subTime
untitled fit 1
29
Q&A
30
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