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1、毕业设计文献综述电气工程与自动化基于Matlab Web Server的数值计算算法演示与实现摘要:数值方法在工程技术领域的应用非常广泛，它已经成为各大工程院校必学的科目之一。MATLAB Web Server是MATLAB的一个组件，它给MATLAB与网络的连接提供了途径。利用它我们可以实现MATLAB与网络的交互。目前有很多研究就是基于这个技术。同时，MATLAB丰富的图像功能和最新的动画制作功能，为算法演示提供了一个非常好的载体。以上技术为算法演示的形象化和网络化提供了可能性。另外，本应用程序在各大领域，都能发挥作用。关键词:MATLAB；MATLAB Web Server；图像处理与动
2、画设计；数值方法；演示1、前言 21世纪，人类进人信息时代，数值计算已和理论研究、科学实验并列为科学研究的三大分支。另一方面，计算机已成为科学与工程技术等领域不可缺少的工具。应用数学方法、以计算机作为工具来提高解决各种实际问题的能力是新世纪现代化建设的需要，也是知识更新的必要环节。因此，现在数值计算方法课程几乎已成为所有理工科学生的必修的专业基础课程。这门课程内容丰富、有自身理论体系, 既有纯数学高度抽象性与严密科学性的特点, 又有应用的广泛性与实际实验的高度技术性的特点, 是一门与计算机使用密切结合的实用性很强的课程1。 MATLAB 是适合多学科，多种工作平台的功能强大、界面友好且开放性强
3、的大型优秀应用软件，同时也是国内外高等院校高等数学、数值分析、数字信号处理、自动控制理论以及工程应用等课程的基本教学、实验仿真工具。MATLAB 不但拥有强大的数值运算能力，同时也拥有极其出色的图形处理能力。MATLAB绘图功能界面及交互性非常好，作图效果非常理想。无论是二维平面图形还是三维立体图形，都具有非常逼真的效果。另外，MATLAB的不断更新，使之具备了高效、便捷的动画视频处理能力。 网络技术在全世界发展势头非常迅猛，表明了网络终将遍及全世界的每一个角落，每个人都能很容易使用它。随着网络技术的成熟，利用该技术提高教学水平，已经成为当今教育技术发展的潮流。通过网络，实现网上教学，具有教学
4、面广、信息量大，实践性强等特点。同时，也可以突破传统教学课堂的局限性，形成一种主动地、协作的、开放的学习方式。 MATLAB Web Server是MATLAB的一个组件，它给MATLAB与网络的连接提供了途径。用户在自己电脑的输入页面上输出自己想要的数据，计算的结果通过用户设计的输出页面显示在用户的浏览器上2。目前有很多基于MATLAB Web Server的应用程序开发研究。2、研究历史 随着计算机技术的迅速发展，数值方法在工程技术领域中的应用越来越广泛，并且已成为数学与计算机之间的桥梁。要解决工程问题，往往需要处理许多数学模型，这要花费大量的人力和时间，同时许多数学模型无法用解析法得到解
5、，使用数值方法并利用计算机就可以解决这些问题1。因此，有关“数值方法”已成为了各高等院校工程类学生必修课程之一。 但是，传统的教学过程中, 长期以来一直采用黑板式的单一教学方式, 缺乏可视化的直观表现, 完全依靠课堂上教师手工的演算和推导, 效率很低, 难以解算复杂的计算问题。而用手工演算来展示数值计算的工作过程, 根本体现不出这门课的特点。学生完全依靠做习题来巩固和理解教学内容, 对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析, 严重影响和制约了教学效果。学生把大量精力和时间用于繁杂的手工数学运算, 而未真正理解算法的实质3。 而单纯通过MATLAB来直接编程并演示各种算法，效果
6、也并不是很显著。一方面，这需要编程来实现，这对初学者，特别是对算法不理解或者对MATLAB不是很了解的同学，是非常困难的。另外，通常的MATLAB算法程序只会给出结果，具体的中间计算过程需要通过观察程序来学习。也显得很不方便。另一方面，张晓光等人提到，这必须要求每一台电脑都安装MATLAB这个软件。但这样有两个比较明显的不足：安装耗时且占用内存大；没有经过处理的Matlab程序只能单机使用，不能共享使用4。3、研究现状 Matlab 的web应用由Matlab web server和Matlab web服务代理两部分组成。Matlab web server是一个多线程可执行的TCP/IP应用程
7、序。Matlabserver.exe是Matlab应用程序运行的服务器环境，负责管理web应用与Matlab间的通讯Matlab web服务代理是一个可执行程序Matweb.exe，一个Matlab web服务器的TCP/IP 客户端，同时也是web的CGI扩展它将对Matlab的请求重新定向到Matlabserver.exe进行处理。一个完整的实验通常由三部分组成：输入HTML文档，Matlab程序( .m文件)和输出HTML模板文档。用户在浏览器上输入数据，提交给服务器上的Matlab进行计算，把计算结果显示在浏览器上。Matlabserver是一个多线程的基于TCP/IP 的服务器。它运
8、行输入HTML文档内的的隐藏域mlmfile的值指定的M文件中，在Html文件、Matlab和M文件之间建立联系，唤起文件matweb.exe，再由它来执行这个m文件，Matlab 是Matlabserver的一个客户端应用，利用CGI把HTML的输入数据传给Matlabserver3。 该技术的关键主要包括以下几步：服务器端架设、编写输入页面、编写输出页面及编写MATLAB M 文件。其中输入页面及输出页面是供客户端机器在Web 浏览器中浏览的网页，它们是客户端及matlabserver 实现数据传输的载体，输入页面将用户请求的数据通过Web 服务器传递给matlabserver，而matl
9、abserver 再调用MATLAB进行运算，然后再将输出结果传递到输出网页中，最后再通过Web 服务器传递到客户机中。而M 文件则用于处理输入页面中用户请求的各种变量、函数及数据等5。目前有很多研究都是基于MATLAB Web Server。例如，牛肉网上质量检测程序开发6、MATLAB在线作图5、网络实验室构建3、远程教学课件开发等等。因此，借鉴以上研究，对在线算法演示是很有帮助的。人们只需通过Internet将数据发送给Matlab Web服务器，借助Matlab的强大计算与图形展示功能，可很容易地获得计算结果。然而，之前的研究基本都是探寻MATLAB的网络数据传输方式，并利用它来达成数
10、据传输和服务器计算的目的7。因此，传输回来的只是计算的结果（数字，字符，或者图像），但是，它们对数据的处理过程，却并没有所表现。这样是不能作为演示和教学应用程序的。只能当做一个网络数据处理软件。因为作为一个算法教学和演示程序，它的重心应该是算法过程的表现，而不仅仅是要一个结果。所以，我们需要在以上的研究的基础上，寻找一种更形象化的演示方式，然后尝试构建一个基于MATLAB Web Server的数值计算算法的演示和教学应用软件。 在表现形式这一方面，目前的MATLAB提供了非常好的支持。计算机图形技术的发展引人注目，其交互性、可视化方法早已渗透到其他学科的研究及应用之中，而其不断创新的技术也广
11、泛地影响着社会的各个研究领悟，为人们学习、工作、生活带来实质性的便利和革新。计算机动画师计算机技术中最活跃的分支之一，它的发展与图形学的发展紧密相关8。MATLAB在计算机图形、图像处理上已显示了令人瞩目的计算及可视化功能，并不断完善，使之具备了高效、便捷的动画视频处理能力9。MATLAB的动画实现的大致方式： MATLAB实现动画的方式有很多种，可以直接调用系统的动画函数产生动画，也可以通过不断显示更新的静态画面以实现动画变化效果；还可以通过不断改变视窗大小、视角变化、颜色变化产生动画。在动画生成过程中，通过捕捉一系列当前帧又可将动画保存成视频文件9。MATLAB的编程方式有很多，有C语言实
12、现10、M文件编程1等很多途径。4、发展潮流Matlab Web Server技术以及数值算法的应用与演示，可以应用到各高等院校的实验室教学，自主学习，甚至课堂演示，是一个非常实用的教学软件。同时，这种强大的计算能力，友好的演示方式，便捷的浏览器和服务器结构(B/S)，使它在各种领域（包括金融、农业、工业、教育、服务业等行业）都能得到充分的利用。从简单的应用，比如网上方程求解，到各种复杂的应用，比如网络虚拟实验室构建、网络数据分析、股票趋势分析、工业实时分析，这种基于MATLAB Web Server的演示形式都能发挥非常优秀的作用。5、总结 MATLAB Web Server让用户自由地输入
13、和修改参数,完成各种数值试验。目前有很多基于其的研究。该系统采用B/S的形式,通过MATLAB Web Server，能在网络上运行,学习者可以通过网络使用。MATLAB拥有优秀的计算能力和图像功能，与MATLAB Web Server结合，能够成为很有效的算法演示软件。同时，本远程数据处理方法可推广应用到不同的远程数据处理领域,具有很高的推广价值。参考文献：1 金一庆，陈越，王冬梅.数值方法M.北京：机械工业出版社，2000.2 A. Pester,R. Ismailov. Interactive Applications in Teaching with the MATLAB Web Se
14、verJ. Vestnik Nationalnogo Techniceskogo Universiteta KchPI,(22):1419.3 翟璐璐, 谢维奇.基于Matlab Web Server的数值分析网络实验室的开发与实践J.福建电脑，2007,（11）:122-124. 4 张晓光，王艳芬，王刚，刘卫东.基于Matlab WebServer的数字信号处理远程仿真J.电气电子教学学报，2009,31(1)：86-87.5 庄思发.利用MATLAB Web Server实现在线作图J.计算机应用系统，2010，19（6）：223-225.6 Chengcheng Li. A web s
15、ervice model for conducting research in image processingJ.Journal of Computing Sciences in Colleges,2010,25(5):294-299. 7 李伟红，龚卫国，秦岚，刘嘉敏.基于MATLAB和Web技术的远程数据处理方法J.测控技术，2004，（4）：23-25.8 张德丰，赵书梅，刘国希.MATLAB图形与动画设计M，北京：国防工业出版社，2009.9 江玉珍.Matlab应用于图形学中的计算机动画的教学研究J.电脑知识技术，2010,6(11):5337-5338. 10 姜浩智，廖宁华.VC+与MATLAB混合编程的实现方法J.中国高新技术企业，2010,（6）:13-15.
