Matlab和Word的链接在土工试验中的应用

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内容提示：Matlab是功能强大的工程计算和数据分析软件，Word是一个功能强大的文字处理软件。通过二者结合，可以在Word中实现数据可视化操作，并很方便地在科技报告、论文和专著的写作中实现图文并茂；再通过MATLAB软件在土工试验数据处理方面应用过程的探索，介绍一种新型的数据处理软件，为今后的试验数据处理提供一种新的思路。

延伸阅读：Matlab Notebook Word 数据处理

    摘要：Matlab是功能强大的工程计算和数据分析软件，Word是一个功能强大的文字处理软件。通过二者结合，可以在Word中实现数据可视化操作，并很方便地在科技报告、论文和专著的写作中实现图文并茂；再通过MATLAB软件在土工试验数据处理方面应用过程的探索，介绍一种新型的数据处理软件，为今后的试验数据处理提供一种新的思路。
   

    关键词：Matlab Word Notebook 数据处理

    1 引言

    众所周知，微软公司的Word软件在文字处理方面功能强大，已广泛应用于科学研究的各个领域。但Word本身不具备数据运算功能，绘图功能也有限。Matlab是MathWorks公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它是一个高度集成的系统，集科学计算、图像处理、声音处理于一体，具有极高的编程效率。如何把Matlab的数值处理和绘图功能与Word结合起来，扩展Word的功能，使二者能协调地进行工作，本文将就此问题作一探讨(以Matlab 6.5和Word 2002为例)。（参考《建筑中文网》）

    在土工试验的数据处理过程中，经常需要用图形法来描述试验结果，然后通过查图法来求得所需试验参数，例如在土的颗粒分析试验中，需要绘制级配曲线来确定土料的限制粒径和有效粒径以及，从而计算土的不均匀系数和曲率系数；在土的击实试验中，需要用击实曲线来体现试验结果，通过查图找出最大干密度和最优含水率；在土的三轴试验中，需要绘制摩尔圆来确定土的凝聚力C和内摩擦角φ。以前的处理方法是手工绘制或使用EXCEL工具中的图表功能，但是仅局限于其图形功能，而不能进行数值计算，相应的数值计算则需要人工进行。MATLAB不仅提供了图形功能，还增加了计算功能，使数据处理工作进一步简化。

    2 Matlab 和 Word 的链接

    2.1 安装Matlab Notebook

    有两种方法：一种是从Matlab系统中安装：首先启动Matlab 6.5，在命令窗口运行函数命令“notebook -setup”(中间有一空格)。回车后命令窗口出现如下提示：

    >> Notebook -setup

    Welcome to the utility for setting up the MATLAB Notebook for interfacing MATLAB to Microsoft Word(欢迎建立Matlab Notebook与Word的公用程序)

    Choose your version of Microsoft Word：(选择你所使用的Word版本)

    [1]Microsoft Word 97

    [2]Microsoft Word 2OOO

    [3]Microsoft Word 2002(XP)

    [4]Exit，making no changes

    Microsoft Word Version：3(我们这里选择3)

    然后命令窗口出现如下提示：

    Notebook setup is complete.(Matlab Notebook安装完成)

    另一种方式是把C：\Matlab6p5\notebook\pc\M_book.dot文件直接拷贝到C：\Program Files\Microsoft office\office 10\2052目录下。

    Matlab与Word互相调用的方法：(也可以作为安装是否成功的检测方法)

    (1)在Matlab中调用Word：在Matlab命令窗口直接输入notebook命令，系统会自动启动Word，其主菜单栏中将增加Notebook一栏。

    (2)在Word中调用Matlab：启动Word，然后选择“文件”菜单下的“新建”，在“根据模板新建”中选择“通用模板”，然后选择M-book文档。按确定后系统会自动启动Matlab。

    2.2 Notebook 的使用指令

    Notebook某种意义上即是Word中的M-book，Notebook是通过动态连接库和Matlab交互的，交互的基本单位称为细胞(Cel1)。交换的信息，称为“细胞(群)”。M-book需要把在Word中输入的Matlab命令或者语句组成细胞(群)，传送到Matlab中运行，运行输出结果再以细胞(群)的方式传送回M-book中。这样Word中的输入细胞(群)下面会出现计算结果以及仿真图形。

    “输入细胞”是由M-book传送给Matlab的命令，可以多行，也可以是包含在文本中的命令或者一段Matlab程序。“输出细胞”是由Matlab回传给M-book的计算结果。“自活细胞”是用[Notebook]菜单中[Define AutoInit Cel1]命令定义的输入细胞，它和输入细胞不同之处是：每次打开M-book时会自动运行自活细胞，而不会运行输入细胞；自活细胞字符用深蓝色标注，而输入细胞用绿色标注。“细胞群”是包含多句Matlab命令的多行输入细胞或自活细胞。

    生成输入细胞：在Word中，用文本格式输入指令，然后选中该部分，在[Notebook]菜单中用[Define Input Cel1]命令，这样M-book会把普通文本生成“输入细胞”，并用黑色括号把指令括起来，指令变为绿色字体。

    然后在[Notebook]菜单中用[Evaluate Cell]选项，可以实现把生成细胞传送到Matlab中运算，运算结果会自动回传到M—book中，运算结果为蓝色标识。细胞群和细胞的操作相似。

    Notebook还提供了计算区(Calc Zone)，它把M-book分成几个相互独立的部分，包括：描述一个特定问题或特定操作文本，输入细胞，输出细胞。当定义一个计算区时，Notebook将该部分和M-book其它部分独立出来，它的定义以及运行和输入细胞的操作相似。

    Notebook还提供了细胞的循环运行，首先选定欲重复运行的输入细胞(一定要是绿色细胞)，接着在[Notebook]菜单中选[Evaluate Loop]选项。[Notebook]菜单功能如下表l所示。

    表1 Notebook菜单功能

    3 MATLAB软件在土工试验中的应用

    3.1 图形的形成

    颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数的方法，借以明了颗粒大小分布情况，供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用。其试验结果需要提供级配曲线、不均匀系数和曲率系数。表2为一组颗粒分析试验测定值：

    表2 土料级配

    在使用MATLAB软件进行资料处理时，首先调用已有的数据文件，把颗粒直径数组附值给x，把对应的百分含量数组附值给y，对颗粒直径取对数，建立关于颗粒直径的对数与小于该粒径的百分含量的三次样条函数关系，在给定的粒径范围内，细化粒径数组，对于给定的取对数后的颗粒直径求解其对应的百分含量，进行内插，然后利用MATLAB的图形功能在半对数坐标中绘制级配曲线(包括试验数据(虚线)和三次样条曲线(实线))。操作过程如下：在安装好Notebook后，启动Word，然后选择“文件”菜单下的“新建”，在“根据模板新建”中选择“通用模板”，然后选择“M—book文档”，按“确定”后Matlab就会自动启动，Notebook即可使用。

    在M—book输入如下内容：

    x=[0.1 0.05 0.02 0.01 0.005 0.001];

    y=[100 94.68 72.10 41.82 27.13 11.69];

    x1=log10(x);

    y1=y;

    xx=-3.0:0.04:-1;

    pp=spline(x1, y1);                                   %三次样条插值

    y2=ppval(pp,xx);                                      %分段多项式估计函数

    x2=10.^xx;

    semilogx(x,y,'--',x2,y2) 

    xlabel('颗粒直径（mm）')

    ylabel('小于某粒径之百分含量（%）')

    title('级配曲线')

    选中这些文字，在[Notebook]菜单中选用[Define Input Cel1]，然后选用[Evaluate Cel1]，即可在Word中绘出图1所示图形。

    3.2 参数计算

    通过上述过程.生成了该土料的级配曲线，而试验提供的各项参数则需要通过计算求得。利用MATLAB软件提供的函数功能对已经形成的三次样条曲线重新建立关于小于某粒径的百分含量与颗粒直径的对数之间的函数关系，即原函数的反函数，求解给定含量所对应的颗粒直径的对数值，并将其还原，分别计算，然后利用公式：

    计算不均匀系数和曲率系数。

    在M-book输入如下内容：

    pp=spline(y2,xx);

    x10=ppval(pp,10);

    d10=10^x10

    x30=ppval(pp,30);

    d30=10^x30

    x60=ppval(pp,60);

    d60=10^x60

    Cu=d60/d10

    Cc=d30^2/ (d60*d10)

    选中这些文字，在[Notebook]菜单中选用[Define Input Cel1]，然后选用[Evaluate Cel1]，则可在Word中直接计算并输出结果：d10=9.4293e-004，d30 =0.0063，d60 =0.0152，Cu =16.1330，Cc =2.7415

    通过以上过程，利用MATLAB程序设计语言在Word中完成了对土的颗粒分析试验的数据处理过程。

    4 结语与说明

    把Matlab 6.5和Word结合，充分利用两者的优点，实现软件的“强强联合”，会给我们在撰写科技报告， 来源: 《建筑中文网》.

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200602/8420.htm

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