计算机在环境工程研究与管理中的应用.ppt
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1、计算机在环境工程研究与管理中的应用计算机在环境工程研究与管理中的应用第三章第三章UTILIZATION TECHNIQUES OF COMPUTER IN ENVIRONMENTAL ENGINEERING计算机在环境工程中的应用技术计算机在环境工程中的应用技术3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术3.2 计算机在数据管理中的应用技术计算机在数据管理中的应用技术3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术3.1.1 Microft Excel软件在数据处理中的应用软件在数据处理中的应用 中文Microsoft Excel是微软公司推出的基于中文Wi
2、ndows操作系统的电子表格软件,是目前较为优秀的办公自动化软件之一。它可以进行复杂的数据计算、分析和统计,完成多种图和图表的设计,具有友好的图形界面、易学易用的按钮式操作和汉字处理能力。作为电子表格软件,广泛用于环境工程科学研究中的数据处理。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 1.1.公式与函数公式与函数 Excel Excel最重要的功能之一就是能使用公式和函数进行数最重要的功能之一就是能使用公式和函数进行数据的自动处理。对于工作表中的数据,除了可对它进行编据的自动处理。对于工作表中的数据,除了可对它进行编辑、改变格式外,用户还可在表格中定义计算公式,并利辑、
3、改变格式外,用户还可在表格中定义计算公式,并利用系统提供的函数,进行复杂的数学分析和统计。用系统提供的函数,进行复杂的数学分析和统计。Excel Excel规定公式以等号规定公式以等号“=”起始,由名称、函数、常量、起始,由名称、函数、常量、运算符、括号的规范排列组成。运算符、括号的规范排列组成。ExcelExcel公式中,可使用的公式中,可使用的运算符见表运算符见表3.13.1。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术表3.1 Excel运算符运算符运算符说明说明:(冒号)引用运算符(空格),(逗号)-负号%百分式乘幂*和/乘和除+和-加和减&连接两串文本(连接符)=
4、比较运算符3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 运算符的优先级次序为:允许使用多层小括号,括号内运算符的优先级次序为:允许使用多层小括号,括号内的式子优先进行运算,顺序为先内层后外层;乘除先于加的式子优先进行运算,顺序为先内层后外层;乘除先于加减,如果公式中包含了相同优先级的运算符,减,如果公式中包含了相同优先级的运算符,Excel将从将从左到右进行计算。左到右进行计算。公式可引用同一工作表中的其他单元格、同一工作簿不公式可引用同一工作表中的其他单元格、同一工作簿不同工作表中的单元格,或其他工作簿的工作表中的单元格。同工作表中的单元格,或其他工作簿的工作表中的单元格
5、。如(如(B5+C5)/SUM(A2:E2),它表示的是将单元格),它表示的是将单元格B5中的数值加上中的数值加上C5中的数值,再除以单元格中的数值,再除以单元格A2、B2、C2、D2 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 和和E2中数值的和。包含公式的单元格称为从属单元格,这中数值的和。包含公式的单元格称为从属单元格,这是因为其结果将依赖于其他单元格的值。如单元格是因为其结果将依赖于其他单元格的值。如单元格B2包含包含公式公式=D2,则单元格,则单元格B2就是从属单元格。在默认情况下,就是从属单元格。在默认情况下,只要公式引的单元格发生更改,从属单元格也将随之更改
6、。只要公式引的单元格发生更改,从属单元格也将随之更改。如果公式中使用了常量而没有引用单元格(如如果公式中使用了常量而没有引用单元格(如=10+30+100),则结果只在更改公式本身时才会发生更),则结果只在更改公式本身时才会发生更改。改。选中将要在其中输入公式的单元格,单击选中将要在其中输入公式的单元格,单击“编辑公式编辑公式”按钮,按钮,Excel将在单元格和将在单元格和“编辑栏编辑栏”里各插入一个等里各插入一个等号,同时出现图号,同时出现图3.1所示的对话框。所示的对话框。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 在光标跳动的编辑栏中,在等号后面输入内容,如100+
7、300,再按Enter键,或单击 ,系统自动计算出结果并显示在所选中的单元格中。选中将要在其中输入公式的单元格,如F2,单击工具栏上的 自动求和按钮,如图3.2所示。图3.1 输入公式对话框图3.2 运用自动求和按钮3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 系统自认为是系统自认为是B2、C2、D2和和E2四项求和。如果确认,四项求和。如果确认,按按Enter键;如果不是,而是只求键;如果不是,而是只求B2、C2和和D2,此时可以,此时可以用鼠标选中用鼠标选中B2、C2和和D2,然后回车即可。,然后回车即可。在上例中,如果选中在上例中,如果选中F2,单击工具栏上的粘贴函数
8、按,单击工具栏上的粘贴函数按钮,或者从钮,或者从“插入插入I”菜单中选择菜单中选择“函数函数F”,会出现如图会出现如图3.3所示的粘贴函数对话框。在粘贴函数对话框所示的粘贴函数对话框。在粘贴函数对话框的的“函数分类函数分类C”列表框中选择函数类型,同时在列表框中选择函数类型,同时在“函函数名数名N”列表框中选择所需函数。单击列表框中选择所需函数。单击“确定确定”后就可后就可以出现另一对话框,如图以出现另一对话框,如图3.3所示。所示。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术图3.3 粘贴函数对话框(选择函数)3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技
9、术图3.4 粘贴函数对话框(选择参数)最后单击“确定”按钮,完成函数引用,在活动单元格中显示函数值。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 2.图表 图表具有较好的视觉效果,可方便用户查看数据的差异、预测趋势。例如,用户不必分析工作表中的多个数据列,就可以看出各个季度售额的升降,或很方便地对实际销售额与销售计划进行比较。(1)创建图表 a.在工作表中选择一个数据区域,如图3.5所示。图3.5 选择数据区域3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术b.在菜单栏中选择“插入/图表”选项,打开“图表向导”对话框,如图3.6所示。c.在左边的列表中选择图
10、表类型,在右边图例区中选择子图表类型。d.单击“完成”按钮建立新图表。新图表及对应的数据区如图3.7所示。图3.6 选择“插入/图表”选项,打开“图表向导”对话框3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 图3.7 新图表及对应的数据区域3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 工作表中数据与图表中的图形显示的对应关系:数据区域中的一行对应图表中的一个立方柱体,行中的3个数值对应立方柱的3个分段,分段的长度与相应的单元格中的数值成正比。图表显示数据区域中没有直接表示的数据关系,即立方柱体的高度是每一数据行中3个数据之和的高度。另外,表中许多成分都是
11、可编辑的,如“系列”和“序号”等。(2)图表编辑 无论是嵌入图还是独立图表,单击图表空白区域,整修图表的边框四边与四角会各有一个小黑方块,表明图表区被选中;双击可对其对行编辑。对于图表项如分类轴,将鼠标移至分类轴上,显示“分类轴”或“系统引用第系列”,用鼠标单击,分类轴两端有小黑方块,表明被选中;双击,可对其对行编辑。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 3.1.2 Origin软件简介软件简介 Origin是美国Microcal公司出的数据分析和绘图软件。该软件具有使用简单,采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作,全面支持鼠标右键等特点。软件具有两大
12、类功能:数据分析和绘图。数据分析包括数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。Origin的绘图是基于模板的,它本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板;可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接;可以用C等高级语言编写数据分析程序,还可以用内置的Lab Talk语言编程等。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 1.1.工作环境工作环境 图3.8 Origin工作界面(1)工作表菜单3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在
13、数据处理中的应用技术 图3.9 Origin软件的工作表、矩阵和绘图3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (3)矩阵窗口(2)绘图菜单3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术菜单简要说明菜单简要说明 File:文件功能操作,打开文件、输入输出数据图形等 Edit:编辑功能操作,包括数据和图像的编辑等 View:视图功能操作,控制屏幕显示 Plot:绘图功能操作,主要提供5类绘图功能 Column:列功能操作,例如设置列的属性,增加、删除列等 Graph:图形功能操作,主要包括增加误差栏、函数图、缩放坐标轴、交换X、Y轴等 Data:数据功能操
14、作 Analysis:分析功能操作 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 Plot3D:三维绘图功能操作,根据矩阵绘制各种三维条状图、表面图、等高线等 Matrix:矩阵功能操作,对矩阵的操作,包括矩阵属性、维数和数值设置,矩阵转置和取反,矩阵扩展和收缩,矩阵平滑和积分等 Tools:工具功能操作 Format:格式功能操作 Window:窗口功能操作,控制窗口显示 Help:帮助 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术2.2.简单二维图简单二维图 (1)输入数据 数据一般按照X、Y坐标存为两列,假设文件为normal.dat,格式如下:x
15、 sin(x)0.0 0.000 0.10.100 0.2 0.199 0.30.296 输入数据后对准data1表格点右键调出如下窗口(见图3.10(a),然后选择Import ASCII找到normal.dat文件打开就行(见图3.10(b)。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术(a)调出菜单 (b)打开sindata.dat文件图3.10 输入数据3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (2)绘制简单二维图 按住鼠标左键拖动选定这两列数据,用图3.11(a)最下面一排按钮就可以绘制简单的图形,点击最左边的按钮即可得到图3.11(b)。
16、(a)(b)图3.11 简单二维图的绘制 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (3)设置列属性 双击A列或者点右键选择Properties,可以设置列的属性(见图3.12)。(4)定制图形 定制数据曲线:用鼠标双击图线调出图3.13窗口。定制坐标轴:双击坐标轴得到图3.14结果。添加文本说明:用左键按住按钮,如果想移动位置,可以用鼠标拖动。利用Symbol Map可以方便的添加特殊字符,在文本编辑状态下,点右键,然后选择:Symbol Map(见图3.15)。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术图3.12 设置列属性 图3.13 定制数
17、据曲线3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术图3.14 定制坐标轴图3.15 利用Symbol Map添加特殊字符 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 3.3.数据管理数据管理 (1)导入数据文件 主要利用Import输入文件中的数据,也支持直接数据粘贴等。(2)变换数列 在前面的基础上,增加一列cos(x),这不需要另算数据而利用Origin本身就可以做到。在数据表上点右键选择Add New Column(见图3.16 a),此时会出现新的一列A(Y)(见图3.16 b)。对A(Y)列点右键选择Set Column Values,并设置
18、下面输入框中cos(col(x)(见图3.16 c),点击“OK”即可得到图3.16 d 所示结果。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术a b3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术c d图3.16 变换数列 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 双击A列或点右键选择Properties,可以设置一些列的属性(见图3.17 a ),并做cos(x)图,如图3.17 b。图3.17 设置列的属性a b3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (3)数据排序 Origin可以做到单列、多列甚至整
19、个工作表数据排序,选择单列或者多列,然后点击右键选择命令“sort”进行数据排序。最为复杂的是整个工作表排序,选定整个工作表的方法是鼠标移到工作表左上角的空白方格的右下角变为斜向下的箭头时单击,同样点击右键选择命令“sort”进行数据排序(见图3.18)。图3.18 数据排序3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (4)规格化数据 选择某一列,右键 Normalize(见图3.19)。图3.19 数据规范3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (5)选择数据范围作图 如果想跳到某一行可以用View Go To Raw(这时如果发现你设定的行之
20、前的都没了,这仅仅是没显示出来而不是删除了,按EditReset To Full Range即可看到)。找到你想要的开始行,点右键 Set As Begin,同理设定结束行然后作图。(6)屏蔽曲线中的数据点 Mask工具栏默认不显示,可以从View Toolbars设置出来。这样可以用设置屏蔽区间或者点的颜色等。(7)曲线拟合 在Analysis菜单里,可用各种曲线拟合数据,常用的有线性拟合,多项式拟合等,还可以利用Analysis Non-Linear Curve Fit 里的两个选项做一些特殊的拟合。Origin软件默认的是整条曲线拟合,但可设置为部分拟合,和mask配合使用会得到很好的效
21、果。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 4.建立多层图形建立多层图形 图层是Origin中一个很重要的概念,一个绘图窗口中可以有多个图层,从而可以方便的创建和管理多个曲线或图形对象。Origin自带了几个多图层模板,这些模板允许你在取得数据后,只需单击“2D Graphs Extended”工具栏上相应的命令按钮,就可以在一个绘图窗口把数据绘制为多层图。Origin还允许用户自己定制图形模板。如果你已创建了一个绘图窗口,并将它存为模板,以后就可以直接基于此模板绘图。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (1)创建双层图 创建双层图的步骤
22、如下:激活“Layers”的工作表窗口;单击“sinx”列的标题栏,使其高亮,表示该列被选中;作出单层图;在激活Layer窗口的前提下,Tools Layer,如图3.20a,这个工具包含两类:Add图层和Arrange图层;双击图层2做成图3.20b 那样,然后“OK”即得到图3.20c。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 a b c 图3.20 双层图的创建3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 (2)关联坐标轴 Origin可以在各图层之间的坐标轴建立关联,如果改变某一图层的坐标轴比例,那么其它图层的也相应改变。操作如下:双击Lay
23、er2上的图标,在调出的Layer对话框中点Layer Properties,然后选择Link Axes Scales(见图3.21)。图3.21 关联坐标轴 3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 5.5.非线性拟合非线性拟合 拟合曲线的目的为根据已知数据照出响应函数的系数。使用菜单命令拟合 首先激活绘图窗口,选择菜单命令Analysis,则可看到表3.2。使用拟合工具拟合 为了给用户提供更大的拟合控制空间,Origin提供了三种拟合工具,即线性拟合工具、多项式拟合工具、S拟合工具。非线性最小平方拟合NLSF 这是Origin提供的功能最强大、使用也最复杂的拟合工具
24、。方法是AnalysisNon-Linear Curve,FitAdvanced Fitting Tools或者Fitting Wizad。3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术图3.22 非线性最小平方拟合NLSF3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术表3.2 菜单命令拟合名称含义拟合模型函数Fit Linear线性拟合Fit Polynomial多项式拟合Fit Exponential Decay指数衰减拟合Fit Exponential Growth指数增长拟合Fit SigmoidalS拟合 ,BoltzmannFit Gaussio
25、nGaussion拟合Fit LorentzianLorentzian拟合Fit Multipeaks多峰值拟合按照峰值分段拟合,每一段采用Gaussion或者Lorentzian方法Nonlinear Curve Fit非线性曲线拟合内部提供了相当丰富的拟合函数,还支持用户定制3.1 计算机在数据处理中的应用技术计算机在数据处理中的应用技术 6.6.数据分析数据分析 数据分析主要包含下面几个功能:简单数学运算(Simple Math),统计(Statistics),快速傅里叶变换(FFT),平滑和滤波(Smoothing and Filtering),基线和峰值分析(Baseline and
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- 计算机 环境工程 研究 管理 中的 应用
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