一、引言

MATLAB是Math Work公司開發(fā)的一套功能十分強大的工程計算及數(shù)值分析軟件包，現(xiàn)在它的應用范圍涵蓋了當今幾乎所有的工業(yè)、電子、醫(yī)療、建筑等領域，開放的結(jié)構(gòu)使得MATLAB很快成為工業(yè)、工程、教育等的標準。

  可視化技術(shù)最早運用于計算科學中，并形成了可視化技術(shù)的一個重要分支——科學計算可視化。科學計算可視化能夠把科學數(shù)據(jù)，包括測量獲得的數(shù)值、圖像或是計算中涉及、產(chǎn)生的數(shù)字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在研究者面前，使他們能夠觀察、模擬和計算。MATLAB數(shù)據(jù)可視化是關(guān)于數(shù)據(jù)之視覺表現(xiàn)形式的研究，其中，這種數(shù)據(jù)的視覺表現(xiàn)形式被定義為一種以某種概要形式抽提出來的信息，包括相應信息單位的各種屬性和變量。

1、MATLAB簡介

MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。

MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。

MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應用領域內(nèi)特定類型的問題。其特點在于1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能,能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來； 2) 具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化; 3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言,使學者易于學習和掌握; 4) 功能豐富的應用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提供了大量方便實用的處理工具。

2、研究可視化的目的

可視化（Visualization）是利用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計等多個領域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。最早運用于計算科學中，并形成了可視化技術(shù)的一個重要分支——科學計算可視化(Visualization in Scientific Computing)。科學計算可視化能夠把科學數(shù)據(jù)，包括測量獲得的數(shù)值、圖像或是計算中涉及、產(chǎn)生的數(shù)字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在研究者面前，使他們能夠觀察、模擬和計算。

最近幾年計算機圖形學的發(fā)展使得三維表現(xiàn)技術(shù)得以形成，這些三維表現(xiàn)技術(shù)使我們能夠再現(xiàn)三維世界中的物體，能夠用三維形體來表示復雜的信息，這種技術(shù)就是可視化（Visualization）技術(shù)。可視化技術(shù)使人能夠在三維圖形世界中直接對具有形體的信息進行操作，和計算機直接交流。這種技術(shù)已經(jīng)把人和機器的力量以一種直覺而自然的方式加以統(tǒng)一，這種革命性的變化無疑將極大地提高人們的工作效率。可視化技術(shù)賦予人們一種仿真的、三維的并且具有實時交互的能力，這樣人們可以在三維圖形世界中用以前不可想象的手段來獲取信息或發(fā)揮自己創(chuàng)造性的思維。機械工程師可以從二維平面圖中得以解放直接進入三維世界，從而很快得到自己設計的三維機械零件模型。醫(yī)生可以從病人的三維掃描圖象分析病人的病灶。軍事指揮員可以面對用三維圖形技術(shù)生成的戰(zhàn)場地形，指揮具有真實感的三維飛機、軍艦、坦克向目標開進并分析戰(zhàn)斗方案的效果。

可視化具有以下特點：（1）交互性。用戶可以方便的以交互的方式管理和開發(fā)數(shù)據(jù)；

（2）多維性。可以看到表示對象或事件的數(shù)據(jù)的多個屬性或變量，而數(shù)據(jù)可以按其每一維的值，將其分類、排序、組合和顯示。（3）可視性。數(shù)據(jù)可以用圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫來顯示，并可對其模式和相互關(guān)系進行可視化分析。它的主要意義在于大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使時刻都在產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)得到有效利用，還可以在人與數(shù)據(jù)、人與人之間實現(xiàn)圖像通信，從而使人們能夠觀察到數(shù)據(jù)中隱含的現(xiàn)象，為發(fā)現(xiàn)和理解科學規(guī)律提供有力工具，并且可以實現(xiàn)對計算機和編程過程的引導和控制，通過交互手段改變過程所依據(jù)的條件，并觀察其影響。

本文利用MATLAB演示了直線擬合，電磁場和電磁波的生成、傳輸?shù)倪^程的可視化和磁電式傳感的動態(tài)特性，體現(xiàn)了MATLAB的強大的功能。在未來無論你從事工程方面的哪個學科，都能在MATLAB里找到合適的功能。它的強大的圖像功能使圖形可視化變得十分簡單，它還具有較強的編輯圖形界面的能力。

二、實驗數(shù)據(jù)處理中的應用

   所謂數(shù)據(jù)處理是從獲得數(shù)據(jù)起到得出結(jié)論為止的整個數(shù)據(jù)加工過程。常用的數(shù)據(jù)處理方法有列表法、作圖法、和最小二乘法擬合，本節(jié)主要討論最小二乘法線性擬合。

   在科學實驗和統(tǒng)計研究中，常常要從一組測量數(shù)據(jù)求得變量間的最佳函數(shù)關(guān)系，如從n對（，）的測量值去求得變量x和y間的最佳函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)=f(x)。從圖形上來看，這個問題就是在平面指教坐標上，從給定的n個點（，）(i=1,2,…,n)求一條最接近這一組數(shù)據(jù)點的曲線，以顯示這些點的總趨向，這一過程稱為曲線擬合，該曲線的方程稱為回歸方程。

  所謂最小二乘法原理，是指測量結(jié)果的最可信賴值應在殘余誤差平方和最小的條件下求出。在自動檢測系統(tǒng)中，兩個變量間的線性關(guān)系是一種最簡單也是最理想的函數(shù)關(guān)系。